kortikale demyelinisierung bei entzündlichen

Aus dem Institut für Neuropathologie

(Prof. Dr. med. W. Brück)

der Medizinischen Fakultät der Universität Göttingen

Kortikale Demyelinisierung bei entzündlichen, neoplastischen und

metabolischen ZNS-Erkrankungen

INAUGURAL-DISSERTATION

zur Erlangung des Doktorgrades

der Medizinischen Fakultät der

Georg-August-Universität zu Göttingen

vorgelegt von

Jadwiga Zyta Wozniak

geboren in

Tarnowskie Gory (Polen)

Göttingen 2018

Dekan: Prof. Dr. rer. nat. H. K. Kroemer

Referent: Prof. Dr. med. W. Brück

Ko-Referent/in: Prof. Dr. J. Gärtner

Drittreferent/in: Prof. Dr. M. Oppermann

Tag der mündlichen Prüfung: 27.11.2018

Hiermit erkläre ich, die Dissertation mit dem Titel "Kortikale Demyelinisierung bei

entzündlichen, neoplastischen und metabolischen ZNS-Erkrankungen" eigenständig

angefertigt und keine anderen als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel

verwendet zu haben.

Göttingen, den …………………………… ……………………………………………

Inhaltsverzeichnis

I

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis IV

Abbildungsverzeichnis VI

Tabellenverzeichnis VI

1 Einleitung .................................................................................................................. 1

1.1 Zielsetzung der Arbeit ................................................................................................. 1

1.2 Einführung in demyelinisierende Erkrankungen ........................................................ 2

1.3 Kategorisierung der ZNS-Erkrankungen mit kortikaler Pathogenese ........................ 3

1.3.1 Autoimmun-entzündliche Erkrankungen ........................................................... 3

1.3.1.1 MS .................................................................................................................. 3

1.3.1.1.1 Epidemiologie/Ätiologie ....................................................................... 3

1.3.1.1.2 Befallmuster/ Diagnosestellung ........................................................... 5

1.3.1.1.3 Klinik/ Verlaufsformen/Progression ..................................................... 5

1.3.1.1.4 Behandlung ........................................................................................... 7

1.3.1.1.5 Pathophysiologie der Demyelinisierung ............................................... 7

1.3.1.1.6 Histologie .............................................................................................. 9

1.3.1.2 NMO ............................................................................................................. 12

1.3.1.3 ADEM ........................................................................................................... 13

1.3.2 Infektiöse Erkrankungen ................................................................................... 14

1.3.2.1 Virale Infektionen ......................................................................................... 14

1.3.2.2 Bakterielle Infektionen ................................................................................. 17

1.3.3 Neoplastische Erkankungen ............................................................................. 20

1.3.4 Metabolische Erkrankungen ............................................................................. 20

2 Material und Methoden .......................................................................................... 22

2.1 Autopsiekollektiv ...................................................................................................... 22

2.2 Histologische und immunhistologische Methoden .................................................. 24

2.2.1 Hämatoxylin-Eosin-Färbung ............................................................................. 25

2.2.2 LFB-PAS ............................................................................................................. 25

Inhaltsverzeichnis

II

2.2.3 Silberimprägnation nach Bielschowsky ............................................................ 25

2.2.4 Immunhistochemie ........................................................................................... 26

2.3 Läsions- und Infiltratklassifikation ........................................................................... 28

3 Ergebnisse ............................................................................................................... 29

3.1 Klassisch demyelinisierende Erkrankungen .............................................................. 31

3.1.1 Multiple Sklerose .............................................................................................. 31

3.1.2 Keine subpiale Demyelinisierung bei ADEM und NMO .................................... 32

3.1.3 PML und supiale Demyelinisierung .................................................................. 34

3.1.4 Kortikale Entmarkung bei der extrapontinen Myelinolyse .............................. 35

3.2 Infektiöse Erkrankungen ........................................................................................... 37

3.2.1 Akute meningeale Entzündungen .................................................................... 37

3.2.1.1 Akute bakterielle Infektionen ...................................................................... 37

3.2.1.2 Virale Infektionen außer PML ...................................................................... 37

3.2.2 Chronische Infektionen ..................................................................................... 38

3.2.2.1 Chronisch granulomatöse bakterielle Infektionen ...................................... 38

3.2.2.2 Kortikale Pathologie bei chronisch viralen Infektionen ............................... 39

3.3 Neoplastische Erkrankungen der Hirnhäute ............................................................ 41

3.3.1 Lymphome und Plasmozytome ........................................................................ 41

3.3.2 Meningeosis carcinomatosa ............................................................................. 41

4 Diskussion ............................................................................................................... 43

4.1 Einleitung: Demyelinisierung als krankheitsspezifisches Phänomen ....................... 43

4.2 Zytokine und Chemokine prägen ein krankheitsspezifisches Milieu ........................ 43

4.4 Genetische Grundlagen bedingen das Demyelinisierungsverhalten ........................ 47

4.5 Erhebliche Unterschiede zwischen weißer und grauer Substanz ............................. 48

4.6 Myelinschädigung bei hypoxisch-ischämischen Geschehen .................................... 49

4.7 Subpiale bandförmige Läsionen sind MS-spezifisch ................................................. 49

4.8 Ausblick ..................................................................................................................... 51

Inhaltsverzeichnis

III

5 Zusammenfassung ................................................................................................... 52

6 Abstract .................................................................................................................. 54

7 Anhang ................................................................................................................... 55

8 Literaturverzeichnis ................................................................................................. 61

Abkürzungsverzeichnis

IV


ADEM Akut dissemenierte Enzephalomyelitis

AEC 3-Amino-9-Ethylcarbazol

AIDS acquired immune deficiency syndrome

APP amyloid precursor protein

APZ Antigen-präsentierende Zelle

AQP4 Aquaporin-4

BDNF brain-derived neurotrophic factor

CFA Freunds complete adjuvans

CMV Zytomegalievirus

CNP 2',3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase

EPM Extrapontine Myelinolyse

CPM Zentrale Pontine Myelinolyse

CXCL chemokin C-X-C motif ligand

CCL chemokin C-C motif ligand

DAB 3, 3'-Diaminobenzidin

dest. Destilliert

DLBCL diffuse large B-cell lymphoma

DNA Desoxyribonukleinsäure

EAE Experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis

EDTA Ethylendiamintetraacetat

FFPE formalin fixed paraffin embedded

GFAP glial fibrillary acidic protein

GM grey matter

gp120 HIV-1 envelope glycoprotein

HE Hämatoxylin-Eosin

HIV human immunodeficiency virus

HLA human leukocyte antigen

HPF high power field

HSV Herpes-simplex-Virus

iNOS NO-Synthase


V

IHC Immunhistochemie

IFN-γ Interferon-γ

Ig Immunglobulin

IL Interleukin

LFB-PAS luxol fast blue-periodic acid schiff

MAG myelin associated glycoprotein

MBP myelin basic protein

MHC major histocompatibility complex

MOG myelin oligodendrocyte glycoprotein

MRT Magnetresonanztomographie

MS Multiple Sklerose

NADP Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat

NMO Neuromyelitis Optica

NO Stickstoffmonoxid

P0 Protein Null

PBS Phosphatgepufferte Salzlösung/engl.: Phosphate Buffered Saline

PCNSL primary central nervous system lymphoma

PLP Proteolipid-Protein

PML Progressive multifokale Leukenzephalopathie

PNS Peripheres Nervensystem

RNA Ribonukleinsäure

ROS Reactive Oxygen Species

ssp. Subspecies

SSPE Subakute sklerosierende Panenzephalitis

Tat transactivator of transcription

TGF transforming growth factor

TLR Toll-like-Rezeptoren

TMEV Theiler's Murine Enzephalomyelitis Virus

TNF Tumornekrosefaktor

WM white matter

ZNS Zentrales Nervensystem

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

VI

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Semiquantitative Beurteilung der zellulären meningealen Infiltration in allen

untersuchten Autopsiefällen .................................................................................................... 30

Abbildung 2: Kortikal demyelinisierte MS-Läsionen ................................................................ 31

Abbildung 3: Leukokortikale Demyelinisierung bei der ADEM ............................................... 33

Abbildung 4: Kortikale Demyelinisierung in der PML .............................................................. 35

Abbildung 5: Kortiko-subkortikale Demyelinisierung in der extrapontinen Myelinolyse ....... 36

Abbildung 6: Subpiale Myelinscheiden sind bei akuten bakteriellen und viralen Infektionen

(HSV) erhalten .......................................................................................................................... 38

Abbildung 7: Intaktes subpiales Myelin bei der meningealen TBC ......................................... 39

Abbildung 8: Kein Hinweis kortikaler Demyelinisierung in der SSPE ...................................... 40

Abbildung 9: Erhaltene subpiale Myelinscheiden in einer Vielzahl von Erkrankungen mit

meningealer neoplastischer Zellinfiltration ............................................................................. 42

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Untersuchte Krankheitsentitäten des ZNS .............................................................. 23

Tabelle 2: Antikörper der IHC und Färbeverfahren ................................................................. 27

Tabelle 3: Ausführliche Beschreibung der untersuchten Autopsiefälle .................................. 55

1 Einleitung

1

1 Einleitung

1.1 Zielsetzung der Arbeit

Die kortikale Demyelinisierung ist ein häufiges Phänomen bei der Multiplen Sklerose (MS),

auch Enzephalomyelitis disseminata genannt (Albert et al. 2007; Kutzelnigg und Lassmann

2005). Dabei stellen subpiale Läsionen bezogen auf die Fläche den größten Anteil der

Läsionen im Kortex dar, was die subpiale Demyelinisierung im Allgemeinen als ein

Charakteristikum der MS erscheinen lässt (Bo et al. 2003 b). Die kortikale und insbesondere

subpiale Pathologie ist dabei deutlich mit meningealer Entzündung assoziiert (Howell et al.

2011; Lucchinetti et al. 2011; Magliozzi et al. 2007). Damit liegt die Überlegung nahe, dass

möglicherweise auch andere Erkrankungen mit meningealen, zellulär infiltrativen Prozessen

des zentralen Nervensystems (ZNS), inflammatorischer oder auch neoplastischer Genese, zu

einer kortikalen Schädigung des Myelins führen können und welches Gewebemilieu

grundsätzlich eine subpiale/kortikale Myelinschädigung nach sich zieht. Beschrieben ist, dass

in seltenen Fällen das primäre ZNS-Lymphom mit fokaler Demyelinisierung assoziiert ist

(Alderson et al. 1996; Husseini et al. 2012), wobei eine kortikale Demyelinisierung in diesem

Zusammenhang bisher nicht festgestellt werden konnte (Hart und Earle 1975).

Besonders bei lang anhaltenden kortikalen Pathologien, die mit einer chronischen Infiltration

durch Entzündungszellen oder neoplastische Zellkomponente einhergehen, wie das

beispielsweise bei der Syphilis, der Tuberkulose (TBC) oder der subakuten sklerosierenden

Panenzephalitis (SSPE) der Fall ist, stellt sich die Frage, ob auch diese Erkrankungen zu einer

subpialen bzw. kortikalen Demyelinisierung führen können.

Um zu untersuchen, dass subpiale Entmarkung gegebenenfalls neben der MS auch in

anderen demyelinisierenden Erkrankungen auftritt oder einzigartig für diese Erkrankung ist,

wurden Autopsiefälle der Neuromyelitis optica (NMO/Devic), der akuten disseminierten

Enzephalomyelitis (ADEM), der progressiven multifokalen Leukenzephalopathie (PML) und

der extrapontinen Myelinolyse in diese Studie miteinbezogen. Seltene pathologische

Bedingungen, wie Vergiftungen oder genetische Erkrankungen, die eine Demyelinisierung

verursachen können, sind in diese Arbeit nicht miteingeflossen.

Ziel dieser Dissertation war es, eine große Kohorte unterschiedlicher ZNS-Erkrankungen mit

einer Vielzahl an kortikalen zellulären Infiltrations- und Zytokinmustern hinsichtlich der

1 Einleitung

2

Integrität der kortikalen Myelinscheiden zu untersuchen und diese zu vergleichen. Durch die

Erkenntnisse dieser Arbeit können entscheidende Rückschlüsse auf die Pathophysiologie des

kortikalen Myelinverlustes, insbesondere bei der MS, getroffen werden.

1.2 Einführung in demyelinisierende Erkrankungen

Demyelinisierung bezeichnet den isolierten Verlust der Myelinscheiden bei relativem

Axonerhalt als Auswirkung auf einen Schaden des Myelins oder der Myelin bildenden Zellen

(Adams und Kubik 1952). Der Prozess der Demyelinisierung wird durch verschiedene

Mechanismen und unterschiedliche Konditionen hervorgerufen, die Oligodendrozyten oder

die Myelinscheide schädigen. Dadurch kann eine Einteilung demyelinisierender

Erkrankungen nach ihrer Pathogenese erfolgen. Die gängige Klassifikation dieser

Erkrankungen umfasst ein großes Spektrum: Inflammatorische Demyelinisierung

hervorgerufen durch autoimmune oder virale Prozesse, metabolische oder toxische Formen

der Entmarkung und Myelinschädigung durch hereditäre Erkrankungen (Lassmann 2001;

Love 2006).

Im Folgenden soll ein kurzer Überblick über bekannte demyelinisierende Erkrankungen

gegeben werden, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden.

Die am weitesten verbreitete demyelinisierende Erkrankung ist die MS, bei der eine

autoimmun-inflammatorische Genese wahrscheinlich ist. Zu Sonderformen zählen die

konzentrische Sklerose (Balo) und die myelinoklastische diffuse Sklerose (Enzephalitis

periaxialis diffusa Schilder). Andere, bereits erwähnte entzündlich demyelinisierende

Erkrankungen sind die ADEM, die eine perivaskuläre Entmarkung um kleine Gefäße

verursacht und para- bzw. postinfektiös auftreten kann und die NMO, bei der AQP-4-

Antikörper eine astrozytäre Pathologie mit sekundärer Entmarkung auslösen (Love 2006).

Zu den viralen Auslösern eines selektiven fokalen Myelinverlustes im ZNS gehört beim

Menschen vor allem die PML, die insbesondere bei immunkompromittierten Patienten

durch eine Infektion von Oligodendrozyten mit dem John-Cunningham-Virus (JC-Virus) eine

Entmarkung hervorruft. Auch bei der SSPE, einer chronischen ZNS-Erkrankung, die durch

Masernviren verursacht wird, ist Demyelinisierung beschrieben (Love 2006). Des Weiteren

kann eine HIV-Infektion (human immunodeficiency virus) unter Umständen zur Enzephalitis

und Myelinschädigung der weißen Substanz führen (Langford et al. 2002; Corral et al. 2004;

Gray et al. 2003).

1 Einleitung

3

Eine metabolisch bedingte Demyelinisierung findet sich bei der zentralen pontinen oder

extrapontinen Myelinolyse (CPM/EPM), bei der intra- und extrazelluläre

Elektrolytverschiebungen im ZNS eine ursächliche Rolle spielen. Dabei führt ein häufig

iatrogener, zu schneller Ausgleich einer länger bestehenden Hyponatriämie zur osmotisch

bedingten Oligodendrozytenschädigung in der Pons, aber auch in anderen Regionen des ZNS

(Martin 2004).

Zu den demyelinisierenden Erkrankungen toxischer Genese zählen weiterhin die

Intoxikationen mit Kohlenstoffmonoxid oder mitochondrialen Toxinen, wie Cyaniden oder

Schwefelwasserstoffen (Wilson 1983; Solnyshkova und Shakhlamov 2002).

Können Myelinscheiden nicht adäquat gebildet oder erhalten werden, spricht man von

Leukodystrophien. Dies sind sehr seltene, genetisch bedingte neurometabolische

Erkrankungen, die im Kindesalter auftreten und durch die verschiedenen

Stoffwechselprozesse des ZNS eine unterschiedliche Neuropathologie aufweisen (Kuhlmann

2012).

1.3 Kategorisierung der ZNS-Erkrankungen mit kortikaler Pathogenese

1.3.1 Autoimmun-entzündliche Erkrankungen

1.3.1.1 MS

Die MS ist die am weitesten verbreitete demyelinisierende Erkrankung des ZNS und stellt die

häufigste Ursache einer neurologischen Behinderung im jungen Erwachsenenalter dar

(Noseworthy et al. 2000). In Deutschland wird die Zahl der Erkrankten auf 150.000–180.000

geschätzt. Weltweit sind es etwa 2,5 Mio. Menschen, die an MS leiden (Hein und

Hopfenmüller 2000). Am häufigsten sind junge Frauen mittleren Alters betroffen.

1.3.1.1.1 Epidemiologie/Ätiologie

Bisher konnte die Genese der Erkrankung nicht zufriedenstellend geklärt werden.

Pathogenetisch nimmt man jedoch an, die MS sei ein autoimmuner Prozess mit Reaktionen

gegen Myelinbestandteile. Dabei spielt wahrscheinlich eine Kombination aus genetischen

Faktoren und Umwelteinflüssen in der Ätiologie der MS als heterogene Erkrankung eine

wichtige Rolle.

1 Einleitung

4

Es gibt Hinweise auf eine familiäre Häufung der Erkrankung. Das Risiko, an MS zu erkranken,

steigt für Eltern oder Geschwister eines Patienten um ein 20-40-Faches. Bei einem

Gesamtbevölkerungsrisiko von 0,1 % steigt das Risiko dabei auf 2 % eine MS zu entwickeln.

Bei monozygoten Zwillingen vervielfacht sich das Risiko sogar bis zu 200-fach im Vergleich

zur Gesamtbevölkerung (Sadovnick et al. 1999; Sawcer et al. 2011). Bekannte Gene und

genetische Polymorphismen werden als MS-prädisponierend angesehen. Einen wichtigen

Suszeptibilitätslokus für die MS stellt der Haupthistokompatibilitätskomplex (human

leukocyte antigen, HLA) auf Chromosom 6p21.3 dar, der für den Major-Histocompatibility-

Complex (MHC) kodiert und dadurch eine entscheidende Rolle in der Antigenpräsentation

spielt (Oksenberg et al. 2008). Allele wie HLA-DRB2 können bei homozygoten Trägern die

Erkrankungswahrscheinlichkeit und die Anfälligkeit für einen drastischen Krankheitsverlauf

erhöhen (Barcellos et al. 2003). Weitere bekannte Risikofaktoren an MS zu erkranken sind

das Vorhandensein von Polymorphismen in den Genen, die für CD58, Interleukin-2- und

Interleukin-7-Rezeptoren auf Chromosom 5p13 kodieren (Hafler et al. 2007; International

Multiple Sclerosis Genetics Consortium (IMSGC) 2008). Zudem liefern Studien zur Migration

und Prävalenz bei MS einen deutlichen Hinweis auf die Bedeutung von Umwelteinflüssen

und genetischen Faktoren als Trigger der Erkrankung, auch wenn bisher keine

Umweltexposition als alleinige Ursache der Erkrankung ergründet werden konnte (Marrie

2004). Beispielsweise ist das Vorkommen der Erkrankung in nördlichen Regionen, wie den

USA, Kanada und dem nördlichen Europa im Vergleich zu äquatornahen Regionen gehäuft.

Eine Migration im Kindes- und Jugendalter in ein Land mit niedrigerer Prävalenz kann die

Erkrankungswahrscheinlichkeit sogar verringern (Lowis 1988; Rosati 2001). Die Länder mit

niedrigerer Prävalenz sind Länder mit stärkerer Sonneneinstrahlung, was eine vieldiskutierte

mögliche Ursache der unterschiedlichen Erkrankungshäufigkeit darstellt. Dabei wird die

inaktive Form von Vitamin D durch UV-Strahlung/Sonnenlicht in seine aktive Form überführt.

Aktives Vitamin D kann die TGF-β-1- (transforming growth factor) und Interleukin-4-

Produktion (IL-4) fördern, was die pro-entzündliche T-Zellaktivität hemmen kann (Deluca

und Cantorna 2001). Im experimentellen MS-Mausmodell, der experimentellen

autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), bei der durch die Immunisierung von Mäusen mit

MOG-Peptiden (Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein) und der zusätzlichen Injektion von

komplettem Freundschem Adjuvans (Freunds complete adjuvans/CFA) eine

Entzündungsreaktion im Rückenmark ausgelöst werden kann, konnte die Gabe von

1 Einleitung

5

Vitamin D die Verschlechterung der Enzephalomyelitis vermindern (Deluca und Cantorna

2001). Auch beim Menschen scheint Vitamin D als Regulator der T-Zell- und

Makrophagenaktivität das Erkrankungsrisiko (Munger et al. 2006), die Schubrate und die

Behinderung bei der MS (Smolders et al. 2008) positiv zu beeinflussen.

1.3.1.1.2 Befallmuster/ Diagnosestellung

Bei der MS entstehen demyelinisierte Herde sowohl in der weißen als auch in der grauen

Substanz des ZNS. Bevorzugte Lokalisationen dieser Läsionen, die in der Bildgebung mittels

Kernspintomographie sichtbar werden, befinden sich in der periventrikulären und

subkortikalen weißen Substanz. Nervus opticus, Hirnstamm, Kleinhirn und Rückenmark sind

ebenso Prädilektionsstellen der Entmarkung. Diagnostisch wird neben der

Kernspintomographie auch der Liquor hinsichtlich entzündlicher Veränderungen untersucht.

Um eine Diagnose anhand der klinischen Symptomatik in Verbindung mit der Bildgebung zu

ermöglichen und zu erleichtern, wurden unterschiedliche Kriterien entwickelt. Die am

weitesten verbreiteten sind dabei die McDonald-Kriterien (McDonald et al. 2001) und ihre

Revisionen 2005 und 2010 .

1.3.1.1.3 Klinik/ Verlaufsformen/Progression

Der Krankheitsverlauf der MS ist individuell sehr variabel und die Symptomatik breit

gefächert. Häufige Erstsymptome sind die Retrobulbärneuritis oder Parästhesien. Die

Bandbreite der Symptome erstreckt sich von Sensibilitäts- und Koordinationsstörungen über

kognitive Symptome wie Fatigue und Depression bis hin zu Paresen und Ausfällen

vegetativer Zentren.

Man unterscheidet vier verschiedene mögliche Krankheitsverläufe (Lublin und Reingold

1996). Der mit 80% häufigste Verlauf ist der schubförmig-remittierende, bei dem die

Patienten eine akute, schubförmige Symptomatik zeigen, die sich ganz oder zumindest

teilweise zurückbildet. Dieser Verlauf kann in die sekundär-progrediente Form übergehen,

die durch eine kontinuierliche Verschlechterung der klinischen Symptomatik charakterisiert

ist. Ist eine klare Abgrenzung von Schüben bereits im frühen Stadium der Erkrankung nicht

möglich, spricht man vom primär-progredienten Verlauf. Zusammengenommen sind 40%

der Verläufe (primär) progredient oder gehen (sekundär) in einen progredienten Verlauf

über.

1 Einleitung

6

Die Mechanismen, die zu einer primären oder sekundär progressiven Form der MS führen,

sind ungeklärt. Es fällt jedoch auf, dass die Schubrate während der frühen Krankheitsphase

den Beginn der Progression beeinflusst (Confavreux et al. 2000). Das morphologische

Korrelat der progredienten klinischen Symptomatik ist im Wesentlichen ein fortschreitender

axonaler Verlust (Davie et al. 1997; Davie et al. 1995; Losseff et al. 1996; Truyen et al. 1996;

De Stefano et al. 1998). Die akute Demyelinisierung führt zu einer Beeinträchtigung der

Reizweiterleitung in den Axonen, was als Leitungsblock bezeichnet wird (McDonald und

Sears 1970). Dabei sind die Mechanismen, die zu axonaler Schädigung führen, noch nicht

ausreichend verstanden. Es wurde gezeigt, dass durch Entzündungsprozesse bedingter

oxidativer Stress die Mitochondrien, Axone und Neurone schädigt und damit letztendlich ein

Trigger der Krankheitsprogression darstellen könnte (Lassmann et al. 2012). Angriffspunkte

freier Sauerstoff- und NO-Radikale (Stickstoffmonoxid) sind dabei mitochondriale und

zelluläre DNA sowie Phospholipide. In der Folge werden Oligodendrozyten und neuronale

Strukturen beeinträchtigt (Haider et al. 2011). Dieser Effekt scheint beispielsweise durch

altersabhängige Eisenspeicherung des Gehirns noch zusätzlich verstärkt zu werden

(Lassmann et al. 2012).

Durch den Rückgang der für Axone protektiven Myelinscheiden sind die Axone schädigenden

Einflüssen vermehrt ausgesetzt, was im Verlauf der Erkrankung zu einer wesentlichen

Reduktion der axonalen Leitungsbahnen im ZNS führt. Axonale Degeneration tritt nicht nur

in den späten Phasen der Multiplen Sklerose auf, sondern ist bereits in den frühen Episoden

entzündlicher Demyelinisierung ein entscheidender Prozess (Bitsch et al. 2000b). Während

der frühen Krankheitsstadien zeigt sich dabei in den Läsionen sogar eine höhere Dichte an

axonalen Sphäroiden (als Maß für die akute axonale Schädigung) als im späteren Verlauf der

Erkrankung (Kuhlmann 2012). Neben der axonalen Schädigung kommt es zur Bildung von

Glianarben und der Erschöpfung des Oligodendrozytenvorläuferpools, was die

Regenerationsfähigkeit des ZNS im Verlauf der Erkrankung vermindert (Noseworthy et al.

2000). Das sich formende pathologische, chronisch entzündliche Milieu führt zu einer

stetigen Neurodegeneration und ist von einer weit verbreiteten Mikrogliaaktivierung in

weißer und grauer Substanz dominiert (Compston und Coles 2008).

1 Einleitung

7

1.3.1.1.4 Behandlung

In den vergangenen drei Jahrzehnten wurden wichtige Fortschritte im Verständnis des

Entzündungsprozesses und der pathophysiologischen Mechanismen bei der MS erzielt.

Damit sind wirksame entzündungshemmende und immunmodulatorische Behandlungen,

vor allem für Patienten im Stadium der schubförmig-remittierenden MS, verfügbar. Eine

kausale Therapie ist dagegen nach wie vor nicht vorhanden (Lassmann et al. 2012).

1.3.1.1.5 Pathophysiologie der Demyelinisierung

Hinweisend darauf, dass es sich bei MS um eine Autoimmunerkrankung handelt, sind das

Vorhandensein autoreaktiver T-Zellen gegen körpereigenes Myelin und pathologische

Ähnlichkeiten zwischen der MS und den experimentellen Tiermodellen. Die Vermutung liegt

nahe, dass aktivierte, autoreaktive T-Zellen in den Läsionen den chronischen Entzündungs-

prozess des ZNS in Gang setzen und Makrophagen aktivieren, die das geschädigte Myelin

abräumen (Weiner 2004). Autoreaktive T-Zellen, die auch bei Gesunden nachweisbar sind

(Babbe et al. 2000), werden bei MS-Erkrankten in der Körperperipherie aktiviert, wobei der

Trigger dieser Aktivierung immer noch nicht eindeutig aufgefunden werden konnte.

Unterschiedliche Ursachen wie chronische Entzündungsprozesse werden debattiert (Kroner-

Milsch 2012). Studien suggerieren den Einfluss von Viren, wie dem Epstein-Barr- oder

Masernvirus, auf die Pathogenese der MS (Wagner et al. 2004; Alvarez-Lafuente et al. 2004).

Aufbau der Myelinscheiden

Myelinscheiden sind lipidreiche Biomembranen, welche die Axone der Nervenzellen

mehrfach umhüllen. Durch die elektrische Isolation der Axone ermöglichen sie die schnelle,

saltatorische Erregungsleitung und sind damit eine Voraussetzung für die Funktion höher

entwickelter Nervensysteme. Im ZNS wird das Myelin von Oligodendrozyten, im peripheren

Nervensystem (PNS) von Schwann-Zellen gebildet. Die Oligodendrozyten durchlaufen eine

ausgedehnte Entwicklung und Differenzierung, um die Fähigkeit der Myelinbildung zu

erlangen. Dabei sind sie metabolisch sehr aktiv und weisen durch verschiedene

zellspezifische Eigenschaften eine hohe Vulnerabilität auf (Bradl und Lassmann 2010).

Myelin besteht vorwiegend aus Lipiden mit nur 15% Proteingehalt, was die Myelinscheiden

von anderen Membranen unterscheidet. Die Proteine sind myelinspezifisch und

unterscheiden sich in der Zusammensetzung im zentralen und peripheren Nervensystem.

1 Einleitung

8

Schwann-Zellen exprimieren vorwiegend die Myelinproteine Protein Null (P0) und das Myelin

Basic Protein (MBP), während Oligodendrozyten Proteolipid-Protein (PLP) und MBP bilden

(Lemke 1992). MBP -als Myelinprotein des ZNS und PNS- ermöglicht die Ausbildung der

zytoplasmatischen Oberfläche des kompakten Myelins und seine strukturelle

Aufrechterhaltung (Harauz et al. 2004). Zentral hat es einen Anteil von 30% und peripher von

5-15% an den Gesamtmyelinproteinen. Hauptmyelinprotein des Zentralnervensystems ist

das Proteolipid Protein (PLP), das etwa 50% der Proteinkomponente der zentralen

Myelinscheiden bildet (Lemke 1992).

Neben diesen „Hauptproteinen“ gibt es in den Myelinscheiden zahlreiche andere

Myelinproteine. Dabei wurde beobachtet, dass das Myelin-assoziierte Glykoprotein (MAG)

unter bestimmten Umständen selektiv herabreguliert (oder zerstört) werden kann. So wird

in hypoxischen Läsionen nach einem Schlaganfall vorrangig ein MAG-Verlust beobachtet,

während die übrigen Myelinproteine zunächst noch erhalten blieben (Aboul-Enein et al.

2003). Des Weiteren findet sich auch bei der MS ein selektiver Myelinproteinverlust von

MAG in früh-aktiven Subtyp-III-Läsionen (Lucchinetti et al. 2000) (siehe unten). MAG ist

sowohl zentral, als auch peripher zu finden und gilt als ein Zelladhäsionsmolekül zwischen

Oligodendrozyten und Neuronen, dessen Struktur mit dem der Immunglobuline (Ig)

verwandt ist. Die MAG-Expression kann bereits in der frühsten Phase der Myelinisierung der

Nervenfasern detektiert werden, bevor andere Myelinproteine auftreten. Somit scheint

MAG eine Rolle in der frühen Myelinisierung zu spielen (Lemke 1992).

Antikörper gegen das Myelinprotein MOG können im Serum insbesondere bei kindlichen

MS-Patienten in einem hohen Prozentsatz der Erkrankten nachgewiesen werden (Meinl et

al. 2011). MOG macht den geringsten Anteil der Proteine der Myelinscheide aus und wird

ausschließlich im ZNS exprimiert. Es befindet sich an der Oberfläche der Myelinhülle und den

Zellkörpern der Oligodendrozyten und ist damit direkten Angriffen auf das Myelin durch

Antikörper ausgesetzt. Daher ist es auch ein dominantes Zielantigen beim häufig

angewandten Tiermodell der MS, der EAE bei Nagetieren. Diese extrazelluläre Domäne ist

das einzige bekannte Antigen, das bei mit MOG immunisierten EAE-Tieren sowohl eine T-

Zell-, als auch eine demyelinisierende Antikörperantwort hervorruft (Berger und Reindl

2007).

1 Einleitung

9

1.3.1.1.6 Histologie

Die Entmarkungsherde zeigen bei der MS, insbesondere in frühen Läsionsstadien, eine große

histologische Vielfalt. Um dieser immunopathologischen Bandbreite der MS-Läsionen

gerecht zu werden, können die Regionen der Gewebeschädigung (Plaques) nach ihrer

inflammatorischen und demyelinisierenden Aktivität eingeteilt werden (Love 2006). Je nach

Läsionsstadium ist das Entzündungsinfiltrat variabel. In der Regel geht die aktive

Demyelinisierung (frühes Läsionsstadium) mit perivaskulärer Inflammation einher, wobei

sich das entzündliche Infiltrat hauptsächlich aus CD4+- und CD8+-T-Lymphozyten, einigen B-

Zellen und Plasmazellen, aktivierten Makrophagen bzw. Mikrogliazellen zusammensetzt

(Lassmann et al. 1998). Um aktive Plaques zu ermitteln, ist dabei die Suche nach

Makrophagen mit Myelinabbauprodukten im Zytoplasma die sicherste Methode

(Noseworthy et al. 2000). Diese Ablagerungen in Makrophagen werden beispielsweise durch

die LFB-PAS-Färbung (Luxol Fast Blue - Periodic Acid Schiff) oder die immunhistochemische

Färbung der Myelinproteine identifiziert (Lassmann et al. 1998). Solche Makrophagen lassen

sich häufig auch im stark infiltrierten peripheren Läsionssaum der chronisch aktiven Plaques

nachweisen, deren Zentrum jedoch hypozellulär und dicht gliotisch ist. Inaktive Plaques sind

durch ein nur noch geringes Infiltrat von Entzündungszellen und eine starke Fasergliose

gekennzeichnet und weisen eine reduzierte Axondichte auf. Eine weitere Form der inaktiven

Plaques sind so genannte Shadow-Plaques, in denen eine Remyelinisierung der

demyelinisierten Axone in einem begrenzten Umfang stattfindet. Diese Regionen sind scharf

begrenzt und zeigen eine geringere Myelinfärbung, die die dünnen Myelinscheiden an

remyelinisierten Axonen repräsentiert.

Aktive Läsionen: Immunhistologische Subtypen I-IV

Histologisch lassen sich bei früh aktiven MS-Plaques vier Subtypen (pattern) der

Demyelinisierung unterscheiden. Infolgedessen wird diskutiert, ob verschiedene Patienten

einen individuellen immunpathogenetischen Verlauf entsprechend den histopathologischen

Läsionstypen aufweisen. Eine Erklärungsmöglichkeit der vier identifizierten histo-

pathologischen Läsionstypen ist, dass die Subtypen entweder verschiedenen

Pathomechanismen entsprechen oder dass sie unterschiedliche Stadien der

Läsionsentstehung widerspiegeln. Auch könnten patientenspezifische Unterschiede der

Immunantwort zu Variationen der Histomorphologie führen (Lucchinetti et al. 2000).

1 Einleitung

10

Trotz einer gewissen Variabilität früh aktiver Läsionen, konnten einheitliche Kriterien für vier

folgende immunpathologische Schädigungsmuster erarbeitet werden. Die Expression von

Myelinproteinen, die Struktur und Ausdehnung der Läsionen, ihre Lokalisation,

Oligodendrozytendegeneration sowie Komplementaktivierung werden dabei miteinbezogen.

Entzündungszellen variablen Ausmaßes, wie Makrophagen bzw. Mikrogliazellen und CD3+-T-

Lymphozyten, sind ein Bestandteil aller Läsionen (Lucchinetti et al. 2000). Das

Hauptmerkmal, das die Subtyp-I-Läsionen von den Subtyp-II-Läsionen unterscheidet, sind die

zusätzlichen Immunglobulin- und Komplementablagerungen (C9neo-Antigen) in den

Regionen der aktiven Myelinzerstörung. Diese sind nur bei Subtyp II zu finden. Eine scharfe

Plaquegrenze mit Läsionslokalisation um kleine Venen oder Venolen zeigt sich häufig bei

Subtyp I und Subtyp II. Die unscharf begrenzten Subtyp-III-Läsionen sind durch eine

ausgeprägte Oligodendrozytenapoptose und einen überproportionalen MAG-Verlust (im

Vergleich zu Myelinproteinen wie MOG, PLP oder MBP) gekennzeichnet. Das

Charakteristikum von Läsionen des Subtyp IV ist ein Untergang der Oligodendrozyten in

einem schmalen Rand nahe der aktiven Zone der Läsion. Dieser Läsionentyp konnte bisher

nur in primär progredienten Krankheitsverläufen gefunden werden (Lucchinetti et al. 2000).

Kortikale Demyelinisierung

Kortikale Läsionen sind ein Phänomen, das wie der axonale Schaden bereits während

früher Krankheitsstadien und nicht nur in chronischen Stadien der MS anzutreffen ist

(Lucchinetti et al. 2011). Im Gegensatz zu Läsionen der weißen Substanz sind diese Läsionen

grundsätzlich durch eine geringer ausgeprägte Entzündung, weniger Gliose und effizientere

Myelinreparaturmechanismen charakterisiert (Kutzelnigg und Lassmann 2005). Ausgedehnte

kortikale Demyelinisierung geht mit neuronalem und synaptischem Verlust einher (Wegner

et al. 2006), der mit kortikaler Atrophie korreliert (Kutzelnigg und Lassmann 2005). Daher

werden kortikale MS-Läsionen für nicht-fokale Symptome, wie neuropsychologische und

kognitive Dysfunktion, verantwortlich gemacht (Kutzelnigg und Lassmann 2006; Rinaldi et al.

2010). Diese Symptomatik ist ein Merkmal der chronischen Phase der MS (Amato et al.

2004).

Der prozentuale Anteil des entmarkten Kortex liegt im Verlauf der MS im Durchschnitt bei

15% und kann sogar die Ausdehnung der Demyelinisierung der weißen Substanz

1 Einleitung

11

überschreiten. In extremen Fällen können bemerkenswerterweise sogar bis zu 70% der

grauen Substanz demyelinisiert sein. Demyelinisierte Läsionen der grauen Substanz treten

im Verlauf in etwa 90% der chronischen MS-Patienten (primär und sekundär-chronische MS)

auf (Albert et al. 2007) und sind häufig mit entzündlicher meningealer Infiltration assoziiert

(Howell et al. 2011; Magliozzi et al. 2007). Die Bedeutung meningealer Entzündung wurde

zusätzlich dadurch fundiert, dass sie auch bei der primär-progredienten MS zu finden ist

(Choi et al. 2012). Im meningealen Infiltrat sind dabei follikelähnliche Immunzellaggregate

mit T-Zellen, Makrophagen, B- und Plasmazellen zu finden (Serafini et al. 2004). Dabei hängt

das Ausmaß der meningealen Inflammation mit dem axonalen Schaden der Infiltrat-nahen

Kortexschichten (Magliozzi et al. 2010) und der kortikalen Demyelinisierung zusammen

(Magliozzi et al. 2007). Wahrscheinlich korreliert sogar die Geschwindigkeit der

Krankheitsprogression mit dem Ausmaß der meningealen Entzündung (Stadelmann 2013).

Daher scheint es möglich zu sein, dass meningeale, entzündliche Aggregate sowohl zur

kortikalen Demyelinisierung, als auch zur MS-Progression beitragen.

Arten der kortikalen Demyelinisierung bei der MS – Kortikale Läsionen Typ 1-3

Die kortikalen Läsionen bei der MS wurden in unterschiedlichen Studien anhand ihrer

Lokalisation in den kortikalen Schichten eingeteilt. Heute wird allgemein eine Klassifikation

angewendet, anhand derer die Läsionen in drei Typen gruppiert werden (Bo et al. 2003 a;

Lucchinetti et al. 2011). Typ-1-Läsionen (kortiko-subkortikale oder leukokortikale Läsionen)

liegen an der Grenze zwischen grauer und weißer Substanz. Typ-2-Läsionen finden sich

intrakortikal in der Umgebung kleiner Gefäße. Typ-3-Läsionen, in subpialer Lage, zeigen eine

umschriebene oder bandfömige Demyelinisierung der oberen kortikalen Schichten, die sich

häufig über benachbarte Gyri ausbreitet (Howell et al. 2011; Kutzelnigg und Lassmann 2005).

Bevorzugt Sulci des Gyrus cinguli, der Inselrinde, des temporalen und frontalen Kortex sind

von subpialer Demyelinisierung betroffen. Folglich entstand die Hypothese, dass Mediatoren

aus dem stagnierenden Liquor in den Sulci eine Demyelinisierung begünstigen können

(Peterson et al. 2001). Subpiale Läsionen stellen flächenmäßig den größten Anteil der

kortikalen Läsionen dar (etwa 65% aller kortikalen Läsionen) und erstrecken sich auf bis zu

67% des gesamten demyelinisierten kortikalen Bereichs (Bo et al. 2003 b). Damit steht die

subpiale Entmarkung in einem besonderen Fokus. Aufgrund des häufigen Auftretens bei

Patienten mit langjähriger MS wird die subpiale Demyelinisierung auch als pathologisches

1 Einleitung

12

Korrelat der Krankheitsprogression angesehen (Albert et al. 2007; Kutzelnigg und Lassmann

2005).

Pathophysiologie kortikaler Läsionen

Die pathophysiologischen Mechanismen, die zu kortikaler Demyelinisierung führen, sind

nach wie vor nicht zufriedenstellend geklärt. Myelinschäden können durch verschiedene

Mechanismen wie immunvermittelte Entzündung, Stoffwechselveränderungen oder

ischämische/exzitotoxische Gewebeveränderungen verursacht werden (Lassmann 2001). Im

Falle der MS werden unterschiedliche Ursachen für die autoimmune Demyelinisierung, wie

ein Antikörper- bzw. Komplementangriff, Entzündungsmediatoren (Schwab und McGeer

2002; Bo et al. 2003 a) oder zytotoxische T-Zellen (Ruijs et al. 1990) diskutiert.

1.3.1.2 NMO

Auch die NMO wird als inflammatorisch demyelinisierende Erkrankung angesehen.

Gekennzeichnet ist die NMO durch Optikusneuritiden und Myelitiden, wobei ihre Symptome

häufig schwer von einer MS abgrenzbar sind, weil es teilweise auch schubförmige NMO-

Verläufe gibt (Wingerchuk et al. 1999). Diagnostisch zeigen sich in der Magnetresonanz-

tomographie (MRT) ausgedehnte spinale Läsionen oft über drei Wirbelkörper hinaus. Häufig

beobachtet man eine örtliche, jedoch keine zeitliche Dissemination der Läsionen in der

Bildgebung. Der kranielle MRT-Befund zeigt sich dabei häufig unauffällig. In aktuellen MRT-

Studien wurde allerdings beschrieben, dass NMO-Patienten auch supraspinale

Auffälligkeiten entwickeln können, die sich sowohl in der weißen als auch grauen Substanz

detektieren lassen (Rocca et al. 2004). Bei der NMO sind neben Demyelinisierung auch

Neurodegeneration und kognitive Beeinträchtigung aufzufinden. Ein erheblicher diffuser

Neuronenverlust und umfangreiche meningeale Inflammation ohne kortikale

Demyelinisierung können beobachtet werden (Saji et al. 2013). Gleichermaßen zeigt eine

Studie, dass die zuvor berichteten kognitiven und kortikalen Anomalien in der Bildgebung

mittels MRT nicht auf kortikale Demyelinisierung zurückzuführen sind. Das Fehlen kortikaler

Demyelinisierung ist dabei ein wesentliches Merkmal, das die NMO von der MS

unterscheidet (Popescu et al. 2010).

Serologisch sind bei den betroffenen Patienten Autoantikörper (NMO-Immunoglobulin G)

gegen Aquaporin-4 (AQP4) nachweisbar. AQP4 ist ein Wasserkanal, der eine hohe Dichte an

Astrozytenendfüßchen aufweist, die die Blut-Hirn-Schranke bilden (Lennon et al. 2004).

1 Einleitung

13

Charakteristischerweise zeigt die Histopathologie in den früh-aktiven Läsionen der NMO

neben der Demyelinisierung perivaskuläre Immunglobulin- und Komplementablagerungen

(C9neo Antigen) einhergehend mit einem Astrozyten- und Aquaporin-4-Verlust. Die

umfangreiche Demyelinisierung der weißen Substanz ist mit akutem axonalem Schaden

assoziiert, der sehr ausgeprägt sein kann. Das entzündliche Infiltrat der aktiven Läsionen

besteht aus zahlreichen Makrophagen, einigen perivaskulären neutrophilen und

eosinophilen Granulozyten, sowie CD3+-T-Zellen, wobei sich ein Teil davon als zytotoxische

CD8+-T-Zellen präsentiert. Häufig ist auch eine ausgeprägte Fibrose und Hyalinisierung der

Gefäßwände zu beobachten (Mandler et al. 1993). In einigen aktiven supraspinalen Läsionen

der AQP4-IgG-seropositiven NMO Patienten fanden sich Komplementaktivierungsprodukte

in Makrophagen, apoptotische Oligodendrozyten sowie ein dominierender MAG-Verlust.

Diese Merkmale tauchen in ähnlicher Form bei der MS in den immunhistologischen

Subtypen II und III wieder auf (Brück et al. 2012). Pathologische Charakteristika chronischer

Läsionen sind extensive Gliose und Atrophie der betroffenen Regionen (Kuhlmann2012).

1.3.1.3 ADEM

Die ADEM ist eine autoimmunvermittelte, demyelinisierende ZNS-Erkrankung, die häufig

Kinder oder junge Erwachsene betrifft und parainfektiös oder seltener nach Impfungen

auftritt (Tenembaum et al. 2007). Durch den wiederholten zeitlichen Zusammenhang mit

Infektionen werden diese als Ursache einer Autoimmunreaktion vermutet. Wie bei der NMO

ist auch die ADEM-Symptomatik schwer von der MS zu unterscheiden und wird

hauptsächlich durch den meist monophasischen Verlauf von den beiden anderen

Erkrankungen abgegrenzt. Die Patienten sind oft von einer diffusen, vielfältigen

neurologischen Symptomatik betroffen. Prognostisch gesehen kommt es innerhalb kurzer

Zeit häufig zu einer Rückbildung der Beeinträchtigungen mit oft nur geringer oder keiner

Residualsymptomatik (Tenembaum et al. 2007).

Vorwiegend befällt die ADEM die weiße Substanz und das Rückenmark. Angrenzend an die

graue Substanz finden sich häufig subkortikale Läsionen (Kroner-Milsch 2012). Das Merkmal

der pathologischen Befunde ist eine auf perivenöse Areale begrenzte Demyelinisierung mit

einer wallartigen Infiltration von Lymphozyten und vorwiegend schaumzelligen

Makrophagen, die vereinzelt auch konfluiert. Bioptisch lassen sich diese Entmarkungsherde

zum Teil nur schwer von MS-Läsionen abgrenzen (Kuhlmann 2012). Bisher wurde subpiale

1 Einleitung

14

Demyelinisierung in der Literatur in drei Fällen mit perivenöser Demyelinisierung

beschrieben (Young et al. 2010). Weitere Veränderungen der weißen und grauen Substanz

sind Hyperämie, endotheliale Schwellung und Gefäßwandinvasion durch Entzündungszellen

(Garg 2003).

1.3.2 Infektiöse Erkrankungen

Zentralnervöse Infektionen können sich topographisch unterschiedlich ausbreiten. Während

eine Leptomeningitis nur die Pia und Arachnoidea mater und eine Pachymeningitis die

harten Hirnhäute betrifft, befindet sich das entzündliche Infiltrat bei einer Enzephalitis im

Gehirnparenchym. Ist die graue Substanz involviert spricht man von einer Polioenzephalitis,

eine Beeinträchtigung der weißen Substanz wird als Leukenzephalitis und der Befall der

weißen und grauen Substanz als Panenzephalitis bezeichnet. Ist das Rückenmark betroffen,

spricht man von einer Myelitis.

Vor allem die bakteriellen Meningitiden bzw. Enzephalitiden können sich mit einer

klassischen Trias von Fieber, Nackensteifigkeit und Bewusstseinsstörungen präsentieren und

gehen mit Kopfschmerzen einher (van de Beek et al. 2006).

1.3.2.1 Virale Infektionen

Die häufigsten ZNS-Infektionen viraler Genese sind durch Enteroviren bedingt und bedürfen

oftmals keiner Therapie. Enteroviren verursachen eine milde Meningitis und erreichen das

ZNS meist durch hämatogene Streuung (Deckert 2012).

Verschiedene morphologische Charakteristika sind den viralen ZNS-Infektionen gemeinsam.

Klassischerweise sind virale ZNS-Infektionen initial polymorphonukleär und im Verlauf

lymphozytär dominiert. Es gelangen T- und B-Lymphozyten, Plasmazellen, Monozyten mit

Makrophagen in die Meningen oder das Hirnparenchym. Da z.B. Herpesviren praktisch alle

neuronalen Zellen befallen können, kommt es nach der Invasion des Erregers zur

Neuronophagie. In den Zielzellen zeigen sich darüber hinaus Virusbestandteile in

zytoplasmatischen oder nukleären Einschlüssen. Üblicherweise führt eine virale ZNS-

Infektion zur ausgeprägten residualen Astrozyten- und Mikrogliaaktivierung, auch teilweise

in Form von Mikrogliaknötchen (Deckert 2012). Bei Panenzephalitiden kommt es häufig zu

ausgedehnten hämorrhagischen Nekrosen.

1 Einleitung

15

Herpes-simplex-Virus (HSV)

Das HSV verursacht häufig eine latente Infektion in den Ganglien des Menschen. Von dort

aus kann es bei Reaktivierung anterograd den Nervenbahnen folgen und unter Umständen

Symptome wie beispielsweise Effloreszenzen an den Lippen (durch Transport vom Ganglion

trigeminale in den Nervus trigeminus) auslösen. Durch retrograden Transport über Axone

können die neurotropen Viren vom Ganglion trigeminale in das das Gehirnparenchym,

bevorzugt in temporale Regionen des Gehirns, einwandern. Damit kann das

neuroanatomische Befallsmuster hinweisend auf die Art der Virusinfektion sein (Deckert

2012).

Poliomyelitis

Das Polio-Virus wird fäkal-oral übertragen, breitet sich danach hämatogen aus und führt zu

bleibenden Lähmungserscheinungen oder sogar zum Tod. Überwiegend sind dabei Kinder

betroffen. Das Virus hat eine hohe Affinität zum Rückenmark, infiltriert dort die

α-Motoneurone im Vorderhorn und befällt auch Motoneurone des Pons und der Olive.

Dadurch kommt es zur neurogenen Atrophie der Muskulatur. Histologisch findet eine

ausgeprägte lymphozytäre Entzündung der grauen Substanz und der Meningen statt, die mit

Mikrogliaknötchen einhergeht (Deckert 2012).

Subakute skleorsierende Panenzephalitis (SSPE)

Eine weitere virale Infektion des ZNS mit letalem Ausgang ist die SSPE, eine mögliche,

seltene Spätkomplikation einer Masernvireninfektion, deren Entstehung nicht vollständig

geklärt ist. Vier bis zehn Jahre nach einer Maserninfektion tritt die Erkrankung auf und

verläuft langsam progredient in drei Stadien über mehrere Monate. Das erste Stadium ist

durch psychische Störungen und Persönlichkeitsveränderungen gekennzeichnet, das zweite

durch Myoklonien, epileptische Anfälle und Demenz. Final geht das dritte Stadium mit einem

Dezerebrationssyndrom bis hin zum Koma und Mutismus einher (Garg 2008; Schonberger et

al. 2013). Serologisch ist eine starke Antikörperaktivierung nachweisbar, die auch im Liquor

vorzufinden ist. Die SSPE manifestiert sich als eine chronisch progrediente Enzephalopathie

mit Einschlusskörpern im Kern der virusinfizierten Zielzellen. Es zeigt sich eine perivaskuläre

Inflammation und Gliose sowohl in der weißen als auch in der grauen Substanz. Das

1 Einleitung

16

entzündliche Infiltrat setzt sich aus CD4+- und CD8+-T-Zellen, sowie Monozyten und

Plasmazellen zusammen (Deckert 2012). Teilweise wurde überwiegend subkortikal ein

ungleichmäßiger, fleckenförmiger oder sogar diffuser Myelinverlust bei relativ erhaltenen

Axonen beobachtet (Love 2006).

Human immunodeficiency virus (HIV)

Das HI-Virus führt nach einer mehrjährigen symptomlosen Latenzphase unbehandelt zu

einem Immundefizienzsyndrom „Acquired Immune Deficiency Syndrome“ (AIDS). Das Virus

befällt vorwiegend T-Lymphozyten, in denen es sich vermehrt und die im Verlauf der

Infektion zugrunde gehen (Fauci 1996). Die antivirale Therapie hat heutzutage das

Fortschreiten der Erkrankung stark gebremst und das Überleben der Patienten wesentlich

verlängert (Mocroft et al. 2003). Die HI-Virusinfektion kann entweder direkt zur Beteiligung

des ZNS führen oder durch die immunsupprimierenden Folgen der Erkrankungen zu

Veränderungen des ZNS beitragen. Durch die HI-Virus induzierte Immunsuppression sind die

Patienten anfällig für opportunistische Infektionen, die sich häufig auch im ZNS abspielen

(Deckert 2012). Da das HI-Virus oft das ZNS infiltriert und eine Meningitis auslöst, lassen sich

bei 20–30% der Patienten, die an AIDS versterben, neuropathologische Veränderungen

nachweisen. Es kann bereits früh zu einer aseptischen Meningitis oder im Verlauf zu einer

HIV-Enzephalopathie kommen. Ist das Rückenmark beteiligt, spricht man von einer

vakuolären Myelopathie (Epstein und Gendelman 1993). Bei über der Hälfte der

asymptomatischen HIV-Patienten ist im Liquor eine leichte, vorwiegend lymphozytäre

Pleozytose beschrieben worden, die mit einer intrathekalen Immunreaktion gegen die HIV-

Infektion zusammenzuhängen scheint. Später klingt die Pleozytose jedoch wieder ab (Feiden

2012). Wie bei allen Entzündungen des ZNS kommt es zu einer Mikroglia- und

Makrophagenaktivierung mit nachfolgender Freisetzung von proinflammatorischen

Mediatoren, die neurotoxisch wirken, sowie die Apoptose von Oligodendrozyten,

Endothelzellen und auch Gliazellen verursachen können (Epstein und Gendelman1993).

Klinisch folgen häufig neurokognitive Störungen wie eine Demenz (AIDS-Demenz-Komplex)

(Gendelman et al. 1997).

Kennzeichnend für die HIV-Enzephalopathie sind mehrkernige Riesenzellen und

Mikrogliaknötchen, die neben der diffusen lymphozytären Infiltration vorherrschen (Gray et

al. 2003). Unter Umständen kann eine HIV-Infektion sogar zur diffusen oder multifokal

1 Einleitung

17

entzündlichen Entmarkung der weißen Substanz führen (Langford et al. 2002; Corral et al.

2004). Durch die effektive retrovirale Therapie scheint es zu einem Wandel des

Infitrationsmusters bei der HIV-Leukenzephalopathie zu kommen. Die Invasion des

Hirnparenchyms durch Monozyten/Makrophagen, der Grad der Entzündung und die

Zerstörung der weißen Substanz stellt sich umfangreicher dar (Langford et al. 2003).

Progressive multifokale Leukenzephalopathie (PML)

Die PML ist eine opportunistische virale ZNS-Infektion, die vorwiegend bei HIV-Patienten

vorkommt, aber auch beispielsweise bei Patienten unter stark immunsupprimierender MS-

oder Leukämietherapie zu finden ist (Brew et al. 2010). Diese demyelinisierende Erkrankung

wird durch das JC-Virus verursacht, das auch bei Gesunden asymptomatisch in B-

Lymphozyten oder in der Niere persistiert (Dorries 1998) und bei 75% der Erwachsenen

nachweisbar ist (Love 2006). Bei immundefizienten Patienten kann das Virus reaktiviert

werden und führt so zur Erkrankung. Die neurologische Symptomatik ist vielfältig und

beeinflusst motorische und sprachliche Fähigkeiten oder auch die Kognition und

Persönlichkeit (Brew et al. 2010).

Die Läsionen enthalten zahlreiche schaumzellige Makrophagen und vereinzelt Lymphozyten

(Love 2006). Bei der PML sind in der grauen Substanz intrakortikale und leukokortikale,

jedoch keine subpialen Läsionen beobachtet worden. Die kortikalen demyelinisierenden

Herde weisen weniger entzündliches Infiltrat als Läsionen der weißen Substanz auf (Moll et

al. 2008). Es zeigt sich bei der PML bei den Myelinproteinen ein dominierender MAG-Verlust,

der histologisch dem Subtyp III der MS-Läsionen ähnelt (Lucchinetti et al. 2000; Gendelman

et al. 1985). Darüber hinaus können, assoziiert mit den demyelinisierenden Arealen, JC-Virus

infizierte Zellen gefunden werden (Moll et al. 2008). In der Nachbarschaft entzündlicher

Läsionen befinden sich oft Oligodendrozyten mit vergrößertem, stark basophilem Zellkern

und nukleären Einschlüssen mit Virusbestandteilen. Auch die Astrozyten können in Form und

Größe bizarr verändert sein und einen vergrößerten, polymorphen, hyperchromatischen

Nukleus aufweisen (Deckert 2012).

1.3.2.2 Bakterielle Infektionen

Das Erregerspektrum der bakteriellen ZNS-Infektionen ist altersabhängig. Während

Neugeborene unter einem Monat eher durch gramnegative Bakterien, Gruppe-B-

1 Einleitung

18

Streptokokken und Listerien gefährdet sind, werden Meningitiden bei Kindern und

Jugendlichen vorwiegend durch Haemophilus influenzae, Meningokokken (Neisseria

meningitidis) und Pneumokokken (Streptococcus pneumoniae) hervorgerufen. Bei

Erwachsenen nimmt die Infektionshäufigkeit mit dem Alter durch Haemophilus stark ab und

durch Listerien wiederum zu (Schuchat et al. 1997). Die genannten Bakterien sind für ca.

80% der bakteriellen Infektionen verantwortlich und führen unbehandelt zu neurologischen

Langzeitfolgen oder sogar zum Tod. Der Verlauf dieser bakteriellen Meningitiden ist meist

höchst akut und mit einem Hirnödem und eitrigem Exsudat im Subarachnoidalraum

assoziiert. Mikroskopisch lassen sich im Infiltrat vorwiegend neutrophile Granulozyten

beobachten. Die intrathekale Entzündung resultiert in manchen Fällen in thrombotischen

Verschlüssen meningealer Gefäße, die sich histopathologisch in ischämischen Arealen mit

Nekrosen und einer Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten darstellen. Bei persistierender

Infektion ändert sich die Zellzusammensetzung des entzündlichen Infiltrats während der

ersten Woche und es treten Makrophagen, Lymphozyten, Plasmazellen und Fibroblasten in

Erscheinung (Deckert 2012).

Syphilis

Syphilis ist eine chronische entzündliche Erkrankung, die von dem Bakterium Treponema

pallidum hervorgerufen wird. Die Beteiligung des ZNS kann Jahre oder Jahrzehnte nach der

Primärinfektion auftreten. Die Syphilis manifestiert sich in drei Stadien (Miklossy 2008). Nach

dem Primäraffekt (Stadium 1), einer schmerzlosen Papel (harter Schanker), die den ersten

Kontakt des Erregers zur Haut darstellt, verbreitet sich die Infektion auf hämatogenem Weg

bis ins ZNS. In 10 % der Fälle kommt es zu einer syphilitischen Meningitis (Stadium 2), die

durch ausgedehnte zelluläre Infiltration der Meningen mit Lymphozyten und Plasmazellen

gekennzeichnet ist (Miklossy 2008). Dieses Stadium, das vorwiegend die Leptomeningen

betrifft (Kinnier Wilson 1954), klingt nach mehreren Wochen ab und kann in eine latente

Phase münden. Die latente Phase kann innerhalb von Jahren bis Jahrzenten in die tertiäre

Neurosyphilis, die sich in mehreren Formen darstellt, übergehen (Miklossy 2008). Die

unterschiedlichen Neurosyphilisformen sind häufig gemischt anzutreffen. Die

meningovaskuläre Neurosyphilis, eine chronische Meningitis mit multifokaler Arteriitis

(Heubner-Arteriitis), manifestiert sich häufig in Form von Schlaganfällen, verbunden mit

einem allmählich fortschreitenden vaskulären Syndrom. Histologisch ist neben dem

1 Einleitung

19

entzündlichen Infiltrat die Verdickung der Meningen und der Arterien aller Größen zu sehen

(Deckert 2012). Die parenchymatöse Neurosyphilis resultiert aus der Invasion des Erregers in

das Hirngewebe, die zur ausgedehnten Parenchymschädigung führt. Infolgedessen kommt

es zu unterschiedlichen neurologischen und psychiatrischen Manifestationen, wie der

progressiven Paralyse mit Demenz oder Tabes dorsalis. Diese Neurosyphilisform mit

chronischer, frontal betonter Meningoenzephalitis stellt sich durch eine spärliche

perivaskuläre und parenchymatöse Zellinvasion dar und führt zu einer generalisierten

Hirnrindenatrophie mit Verlust von Neuronen (Deckert 2012). Das entzündliche Infiltrat

enthält Lymphozyten, Plasmazellen und Makrophagen, die zu epitheloiden Zellen

transformieren können. Im Verlauf können sich Granulome in Form von syphilitischen

Gummen mit zentraler Nekrose und spärliche Infiltration mit mehrkernigen Riesenzellen

bilden (Pilleri et al. 1974; Prange 1987). Des Weiteren wurden teilweise fokale Ischämien

beobachtet (Deckert 2012).

In der Literatur werden bei der Syphilis diffuse Bereiche mit Myelinschaden und abgeblasste

Regionen der periventrikulären weißen Substanz beschrieben (Miklossy 2008). Auch in der

Bildgebung zeigen sich Areale mit geschädigtem Myelin in der weißen Substanz (Brinar und

Habek 2006).

Tuberkulose (TBC)

Die Tuberkulose manifestiert sich primär pulmonal über die Inhalation des Erregers

Mycobacterium tuberculosis (Primärtuberkulose), kann jedoch sekundär praktisch alle

Organsysteme des Körpers betreffen. Nach der Ansteckung kann das Bakterium, auch ohne

zu Symptomen zu führen, noch jahrelang im Körper eines Patienten persistieren (latente

Tuberkulose) und unter Umständen, beispielsweise durch eine Immunsuppression,

reaktiviert werden. Entwickelt ein Patient nach seiner Erstinfektion erneut Symptome,

spricht man von einer postprimären bzw. sekundären Tuberkulose (Gideon und Flynn 2011).

Durch hämatogene Dissemination im Rahmen der Primärtuberkulose gelangt das

Mycobacterium tuberculosis bei immundefizienten Patienten auch in das ZNS und löst so

zunächst eine Meningitis aus. Diese häufig basal gelegene Meningitis verläuft in der Regel

chronisch. Im Laufe der Zeit kann die ausgeprägte Entzündung auf das Hirnparenchym

übergreifen und zu einer Meningoenzephalitis führen (Deckert 2012).

1 Einleitung

20

Klassischerweise entwickeln sich im entzündlichen Infiltrat mit der Zeit verkäsende

Granulome bzw. Tuberkulome. Diese Granulome sind von Lymphozyten, Makrophagen,

Epitheloidzellen, Fibroblasten und mehrkernigen Riesenzellen (Langhans-Typ) umgeben.

Durch die Ziehl-Neelsen-Färbung lässt sich das sogenannte säurefeste Stäbchenbakterium

histologisch nachweisen. Myelinschäden der weißen Substanz und ADEM ähnliche

perivaskuläre Demyelinisierung wurde in seltenen Fällen beschrieben (Dastur et al. 1995).

1.3.3 Neoplastische Erkankungen

Die häufigsten Primärtumore, die ins ZNS und die Meningen metastasieren sind

Adenokarzinome (Mamma- oder Lungenkarzinome), aber auch maligne Melanome, sowie

Lymphome, Leukämien oder seltener das Plasmozytom. Sind die Meningen von einer

diffusen metastatischen Tumorzellaussaat betroffen, spricht man von einer Meningeosis

neoplastica. Bei Karzinomen als Primarius bezeichnet man die neoplastische Infiltration als

Meningeosis carcinomatosa oder bei Lymphomen als Meningeosis lymphomatosa (Bigner

1992).

Primäre Non-Hodgkin-Lymphome des ZNS (PCNSL) treten gehäuft bei immunsupprimierten

Patienten auf. In den allermeisten Fällen wird dabei ein diffus großzelliges B-Zell-Lymphom

(DLBCL) mittels Probebiopsie histologisch diagnostiziert (Feiden und Milutinovic 2002), das

ein angiozentrisches Tumorinfiltrationsmuster zeigt. Je nach Ausprägung ist eine

Gehinparenchymreaktion mit einer Mikrogliaaktivierung bis hin zur Makrophageninfiltration

möglich (Paulus und Hasselblatt 2012). Bekannt ist, dass seltene Fälle des PCNSL mit fokaler

Demyelinisierung assoziiert sind (Alderson et al. 1996; Husseini et al. 2012; Kuhlmann et al.

2001). Auch ischämisch bedingte Myelinschäden wurde im Rahmen von ZNS-Lymphomen

beschrieben (Sadahira et al. 2000).

1.3.4 Metabolische Erkrankungen

Ein Beispiel für metabolische Demyelinisierung ist die zentrale pontine bzw. die extrapontine

Myelinolyse (Laureno und Karp 1997). Elektrolytverschiebungen durch Alkoholmissbrauch

und ein zu rapider Hyponatriämieausgleich (z.B. iatrogen) sind bekannte Ursachen dieser

Erkrankung. Dabei kommt es zu osmotischen Vorgängen im ZNS, die über einen bisher

unbekannten Mechanismus zur Demyelinisierung führen (Martin 2004). Etwa 25-35% der

Patienten mit einer zentralen pontinen Myelinolyse zeigen auch eine extrapontine

1 Einleitung

21

Manifestation. In bis zu 25% der extrapontinen Fälle ist sogar keine pontine

Demyelinisierung zu finden. Extrapontin sind meist das Cerebellum und die weiße Substanz

im Großhirn betroffen. Klinisch zeigen sich nach wenigen Tagen Bewusstseinsstörungen bis

hin zum Koma, Schwäche der Extremitäten bis hin zur Tetraparese und Störung der

Hirnstammfunktionen. Bei einer isolierten pontinen Myelinolyse stehen pseudobulbäre

Symptome im Vordergrund. Histologisch sind die entmarkten Herde scharf begrenzt und

beinhalten Lipid beladene Makrophagen, wenige oder keine Lymphozyten und zahlreiche

reaktive Astrozyten (Love 2006; Oehmichen 2012).

2 Material und Methoden

22


2.1 Autopsiekollektiv

Die Studie wurde an Hirngewebe eines Autopsiekollektivs von 156 Fällen mit einer Vielfalt an

entzündlichen, neoplastischen und metabolischen Erkrankungen durchgeführt (Tabelle 1,

Tabelle 3). Die Erkrankungen der untersuchten Fälle wurden am Institut für Neuropathologie

der Universitätsmedizin Göttingen diagnostiziert. Weiterhin wurden die neuropatho-

logischen Diagnosen aller Patienten von drei Neuropathologen des Instituts (Prof. Dr. med.

Wolfgang Brück, Prof. Dr. med. Christine Stadelmann-Nessler und Dr. med. Andreas Junker)

überprüft. Die Autopsien der 33 MS-Patienten, 3 ADEM-Fälle und 6 NMO-Patienten

stammen aus dem Institut für Neurologie der McGill University in Montreal, Kanada und

dem Institut für Neuropathologie der Universitätsmedizin Göttingen.

Insgesamt wurden 457 Hirngewebeblöcke der 156 Autopsien untersucht und die

diagnostizierten Erkrankungen in 6 Kategorien mit 19 Krankheitsentitäten (Tabelle 1)

eingeteilt. Die Gewebeblöcke entstammen den frontalen, parietalen, temporalen oder

occipitalen Kortexregionen.

Darüber hinaus wurden auch die Krankengeschichte und die vorhandenen Ergebnisse der

jeweiligen gesamten Autopsie überprüft. Die kortikalen Läsionen aus der MS-Kohorte

wurden bereits in einer früheren Studie (Albert et al. 2007) detailliert analysiert. Diese MS-

Patienten hatten eine mittlere Krankheitsdauer von 17 Jahren (Mittelwert ±

Standardabweichung: 17,8 ± 6,4, Median: 20,5 Jahre).

Alle Untersuchungen wurden in Übereinstimmung mit Gesetzen und Richtlinien der Georg-

August-Universität durchgeführt und von der Ethikkommission genehmigt.


23

Tabelle 1: Untersuchte Krankheitsentitäten des ZNS

Kategorie Diagnose Autopsie-

fälle

Zahl der untersuchten Gewebeblöcke mit Kortex

autoimmune Demyelinisierung MS 33 180

autoimmune Demyelinisierung ADEM 3 14

autoimmune Demyelinisierung NMO 6 21

viral HIV 2 4

viral JC-Virus (PML) 11 1 39

viral SSPE 2 7

viral Poliomyelitis 5 10

viral virale Meningitis / Meningoenzephalitis (nicht HIV, Masernvirus, Poliovirus oder JC-Virus) mit bekanntem Erreger

8 16

bakteriell TBC 13 22

bakteriell Syphilis 3 16

bakteriell bakterielle Meningitis (ohne Tuberkulose oder Syphilis) mit bekanntem Erreger

12 20

Entzündung/Infektion ohne bekannten Erreger

akute lymphozytäre Meningitis / Meningoenzephalitis ohne bekannten Erreger

6 12


akute granulozytäre Meningitis / Meningoenzephalitis ohne bekannten Erreger

5 10


Unspezifische/nicht akute Entzündung der Meningen oder des Hirnparenchyms

6 13

neoplastisch Non-Hodgkin-Lymphom, maligne lymphoproliferative Erkrankungen

18 30

neoplastisch Hodgkin-Lymphom 3 4

neoplastisch Plasmozytom 3 5

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa 11 20

metabolische Erkrankungen Zentrale pontine Myelinolyse 6 14

Kategorienzahl:

6

Gesamtzahl der Krankheitsentitäten:

19

Gesamtfallzahl:

156

Gesamtblockzahl:

457

1 beinhaltet einen Biopsiefall mit umfangreichen kortikalen Arealen


24

2.2 Histologische und immunhistologische Methoden

Um Gewebe unter dem Mikroskop untersuchen zu können, muss es zunächst fixiert,

geschnitten und anschließend gefärbt werden. Direkt im Anschluss an die Autopsie wurde

das Hirngewebe mit Formalin fixiert und später in Paraffin eingebettet (FFPE/ formalin fixed

paraffin embedded). Die Gewebeschnitte (ca. 3 µm dick) der in Paraffin eingebetteten

Autopsieblöcke wurden mit einem Schlittenmikrotom (Leica) angefertigt und in einem 37 °C

warmen Wasserbad gestreckt. Danach wurden sie auf Objektträger aufgezogen und in einem

Brutschrank über Nacht bei 30 °C getrocknet. Die vor der Färbung notwendige

Entparaffinierung wurde thermisch (60 °C Brutschrank, 45 min) und chemisch (Xylol)

durchgeführt. Direkt danach erfolgte die Rehydrierung durch eine absteigende Alkoholreihe

(100%, 90%, 70%, 50%, Aqua. Bidest, je 5 min) und anschließend die jeweilige Färbung. Um

die gefärbten Schnitte permanent zu erhalten, wurden sie durch eine aufsteigende

Ethanolreihe bis 100% dehydriert, in Xylol getaucht und mit DePex mounting media (BDH

England) eingedeckt.

Alle Färbungen wurden nach Routinelaborstandards des neuropathologischen Instituts

durchgeführt und sind im folgenden Abschnitt (s. u.) näher erläutert. Mit der Hämatoxylin-

Eosin-Färbung (HE) wurden Übersichtsfärbungen angefertigt, um Pathomorphologien wie

Entzündungen beurteilen zu können. Um Demyelinisierung zu erkennen wurde mit der LFB-

PAS-Färbung das Myelin gefärbt und mit der Silberimprägnation nach Bielschowsky die

Axone dargestellt. Immunhistochemische (IHC) Färbungen wurden hinzugezogen, um das

Myelin, verschiedene neuronale Zelltypen und das zelluläre Infiltrat zu beurteilen oder

Erreger nachzuweisen. Da es schwierig sein kann, kortikale Läsionen in der LFB-PAS-Färbung

zu sehen und zu beurteilen, wurden zusätzlich die Myelinproteine PLP, MBP und MOG

immunhistochemisch gefärbt. Dadurch wurden die Myelinscheiden deutlicher visualisiert, so

dass auch Myelindichteminderungen detektiert werden konnten. Alle Blöcke wurden einer

detaillierten neuropathologischen Untersuchung unterzogen und dabei die Myelinintegrität

der grauen und weißen Substanz beurteilt. Darüber hinaus half die immunhistochemische

Darstellung des Amyloid Percursor Proteins (APP), axonalen Schaden zu detektieren. Intakte

axonale Neurofilamente konnten durch die NF200-IHC dargestellt werden.

Der Nachweis von grampositiven Bakterien wurde auf Grundlage der Gram-Färbung

vorgenommen. Weiterhin zeigte die Ziehl-Neelsen-Färbung die Anwesenheit von


25

säurefesten Mykobakterien und die Chloracetat-Esterase-Färbung wurde durchgeführt, um

Granulozyten zu visualisieren.

2.2.1 Hämatoxylin-Eosin-Färbung

Die Schnitte wurden mit Mayers Hämalaun (Merck), das die Zellkerne blau färbt, behandelt,

in 1% HCL-Alkohol differenziert und anschließend unter fließendem Leitungswasser gebläut.

Nach der Spülung mit Aqua dest. folgte die Gegenfärbung mit Eosin 1%, welches das

Bindegewebe und das Zytoplasma rosa erscheinen lässt.

2.2.2 LFB-PAS

Bei dieser Färbung wurden die Schnitte nicht vollständig rehydriert (absteigende

Alkoholreihe bis 90% Ethanol) und in LFB-Lösung, die das Myelin blau färbt, bei 60 °C im

Brutschrank über Nacht inkubiert. Die Differenzierung der Schnitte erfolgte in drei Schritten.

Zuerst wurden die Schnitte in 0,05% Lithiumcarbonat getaucht, danach in 70% Ethanol

getränkt und anschließend in destilliertem Wasser gespült. Anschließend folgte die PAS-

Färbung, indem die Schnitte zunächst 5 Minuten in 1% Periodsäure verblieben und danach

unter fließendem Leitungswasser und später in Aqua dest. gespült wurden. Die Schnitte

wurden 20-30 Minuten im Schiffs Reagenz belassen, mit Leitungswasser gespült, kurz in

Mayers Hämalaun getränkt und nachfolgend in Aqua dest. getaucht. Nach der

Differenzierung mit Alkohol wurde erneut mit Leitungswasser gebläut.

2.2.3 Silberimprägnation nach Bielschowsky

Die Schnitte wurden nach der Entparaffinierung in eine Küvette mit Aqua bidest. überführt.

20% Silbernitratlösung wurde tropfenweise mit Ammoniak versetzt und die Schnitte darin 15

Minuten im Dunkeln inkubiert. Danach wurden die Schnitte in Aqua bidest. mit Ammoniak

geschwenkt. Der Ammoniak-/Silberlösung wurde ein Entwickler zugefügt und die Schnitte

darin getränkt. Die rasch ablaufende Entwicklung wurde mit destilliertem Wasser gestoppt,

die Schnitte in 2% Natriumthiosulfat getaucht und vor der Alkoholreihe zu allerletzt mit

Leitungswasser gespült.

Diese Färbung versilbert Neurofilamente. Damit erscheinen Neurone und ihre Axone

schwarz.


26

2.2.4 Immunhistochemie

Durch Antikörper können in Gewebeschnitten spezifische Antigene markiert und

anschließend durch Färbung visualisiert werden (Immunhistochemie, IHC). Voraussetzung

für die Bindung des verwendeten Antikörpers ist das „Freiliegen“ des Gewebeantigens

(Epitops). Durch das oben beschriebene Fixieren des Gewebes werden Proteine vernetzt und

es kann zur „Maskierung“ der Epitope kommen. Je nach Antikörper (Tabelle 2) muss deshalb

eine Antigendemaskierung durch Mikrowellenbehandlung für 15 Minuten (800 Watt) in

Citrat oder EDTA (Ethylendiamintetraacetat)-Puffer durchgeführt werden. Im Anschluss an

diese Vorbehandlung wurde die endogene Peroxidaseaktivität durch die Inkubation der

Gewebeschnitte in 3% H2O2 in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS/phosphate buffered

saline) blockiert. Um eine unspezifische Antikörperbindung zu verhindern, mussten die

Schnitte darüber hinaus mit 10% fetalem Kälberserum in PBS für 10 Minuten bei

Raumtemperatur blockiert werden. Die gewaschen Schnitte wurden mit den in der Tabelle

aufgelisteten Antikörpern (Tabelle 2) über Nacht inkubiert und danach unter Anwendung

einer Avidin-Biotin-Technik mit 3,3'-Diaminobenzidin (DAB) oder 3-Amino-9-Ethylcarbazol

(AEC) als Chromogene visualisiert. Abschließend wurden die Schnitte zusätzlich mit Mayers

Hämalaun gegengefärbt, mit Alkohol differenziert und mit Wasser gespült, um die Kerne der

Zellen sichtbar zu machen.


27

Tabelle 2: Antikörper der IHC und Färbeverfahren

Antigen Tierart der Antikörper

Verdünnung Vorbehandlung Firma Zielstruktur

MBP rabbit pc 1:2000 - DAKO REF A0623 Myelinprotein

MOG rat pc 1:1000 Citrat Spende von Prof. D. Merkler,Universität Geneva, Schweiz

Myelinprotein

PLP clone plpc1 mouse mc 1:500 Citrat ABD Serotec MCA 829G Myelinprotein

GFAP rabbit pc 1:1000 - DAKO REF 0334 Astrozyten

Nogo A rabbit pc 1:1000 Citrat Santa Cruz Oligodendrozyten

NF 200 clone 52 mouse mc 1:400 Citrat Sigma Produktnummer: N0142

Neurofilamente

APP mouse mc 1:2000 Citrat Chemicon MAB348 Axonschaden, Sphäroide

KiM1P mouse mc 1:5000 Citrat Spende von Prof. HJ Radzun, Universität Göttingen

Makrophagen

2B4 mouse mc 1:500 Citrat Spende von Prof. JL Bennett, Universität Colorado, Denver, USA

NK-(Natural Kil-ler) Zellen-Ligand CD244

CD 3 rabbit mc 1:50 Citrat DAKO REF A0452 T-Zellen

CD 8 clone C8/144B

mouse mc 1:50 Citrat DAKO REF M7103 Zytotoxische T-Zellen

CD 20 clone C26 mouse mc 1:100 - DAKO REF M0755 B-Lymphozyten

CD 138 clone MI15

mouse mc 1:100 EDTA DAKO REF M7228 Plasmazellen

HSV1 rabbit pc 1:500 Citrat DAKO REF 0114 Virusnachweis


28

2.3 Läsions- und Infiltratklassifikation

Die Anzahl und die Lage der demyelinisierten Läsionen (in Gewebeblöcken der MS, PML,

NMO, extrapontinen Myelinolyse), die Zusammensetzung des entzündlichen Infiltrats

(Granulozyten, Lymphozyten, Makrophagen) und das Vorhandensein von meningealer

Entzündung und kortikalen Beteiligung wurden dokumentiert.

Die meningeale Zellinfiltration wurde in allen Autopsiefällen semiquantitativ beurteilt, indem

die infiltrierenden Zellen pro Gesichtsfeld bei 400-facher Vergrößerung (sog. high power

field, HPF) gezählt wurden. Zuletzt wurde mithilfe von vier verschiedenen Kategorien die

Infiltratdichte eingestuft (Abbildung 1).

3 Ergebnisse

29

3 Ergebnisse

Kortikale und besonders subpiale Demyelinisierung sind ein wesentliches Kennzeichen der

MS. In dieser Studie wurde untersucht, ob innerhalb anderer entmarkender Erkrankungen

sowie bei weiteren entzündlichen, neoplastischen oder metabolischen Störungen ebenfalls

eine kortikale respektive subpiale Entmarkung zu finden ist. Des Weiteren wurde die

Integrität des kortikalen Myelins in Verbindung mit der darüber liegenden entzündlichen

oder neoplastischen Hirnhautinfiltration untersucht. Diese Untersuchung erfolgte unter der

Annahme, dass lösliche Mediatoren, die durch intrathekale Zellinfiltrate frei werden und in

den Kortex diffundieren, kortikales Myelin und Oligodendrozyten schädigen (Tabelle 2 und

Abbildung 1).

Die viralen und bakteriellen Meningitiden bzw. Enzephalitiden zeigten die am

schwerwiegendsten ausgeprägte meningeale Zellinfiltration, während kaum Infiltration in

den Fällen der PML, der extrapontinen Myelinolyse und bei HIV auftrat (Abbildung 1).

Neben der MS konnte auch bei der PML subpiale Demyelinisierung detektiert werden, die

morphologisch jedoch nicht den subpialen MS-Läsionen entspricht. In keiner anderen der

untersuchten Fallkategorien konnte subpiale Demyelinisierung nachgewiesen werden. Die

kortikale Demyelinisierung wurde hingegen bei der ADEM und der extrapontinen

Myelinolyse beobachtet.

3 Ergebnisse

30

Abbildung 1: Semiquantitative Beurteilung des zellulären meningealen Infiltrats in allen

untersuchten Autopsiefällen

Das zelluläre meningeale Infiltrat dargestellt in vier Kategorien: (0) Keine infiltrierenden Zellen, (1) spärliche

meningeale Infiltration (weniger als 50 infiltrierende Zellen pro Gesichtsfeld bei 400-facher Vergrößerung/HPF),

(2) moderate Zellinfiltration (50 bis 200 infiltrierende Zellen pro HPF), (3) dichte Infiltration (mehr als 200

infiltrierende Zellen pro HPF). Der Mittelwert der Hirnhautinfiltration aller Schnitte pro Kategorie ist in der

Abbildung dargestellt. Die dichteste meningeale Infiltration wurde in den Fällen mit viraler oder bakterieller

Meningitis/Meningoenzephalitis gesehen.

3 Ergebnisse

31

3.1 Klassisch demyelinisierende Erkrankungen

3.1.1 Multiple Sklerose

Kortikale Demyelinisierung trat wie zuvor beschrieben bei der Mehrheit der chronischen MS-

Patienten der untersuchten Kohorte auf (Albert et al. 2007). Es wurden 180 MS-

Gewebeblöcke der 33 verschiedenen MS-Fälle untersucht und darunter in 29 Fällen kortikal

entmarkte Läsionen gefunden. Dabei fanden sich leukokortikale Läsionen in der

Myelinprotein-IHC an der Grenze zwischen weißer und grauer Substanz (Typ I), perivaskuläre

Läsionen in der grauen Substanz (Typ II) und subpiale bandförmige Läsionen (Typ III). Fokale

meningeale lymphozytäre Aggregate waren in der Nähe von Typ-III-Läsionen selten zu

finden. Die subpial demyelinisierten Läsionen der untersuchten Autopsiefälle zeigten nur

spärliche Lymphozyteninfiltration und moderate Mikrogliaaktivierung. Am häufigsten traten

diese Typ-III-Läsionen im frontalen Kortex auf (64% aller frontalen kortikalen Läsionen)

(Albert et al. 2007).

Typische kortikale MS-Läsionen kommen in den Abbildungen durch die immunhistochemische Färbung des

Myelinproteins MBP zur Darstellung. A zeigt eine subpiale bandförmig demyelinisierte Läsion der oberen

kortikalen Schichten, die sich auf benachbarte Gyri erstreckt. B zeigt eine gut abgegrenzte kleine perivenöse

kortikalen Läsionen und in C ist eine leukokortikale Läsion an der Grenze der grauen und weißen Substanz

dargestellt. (WM=weiße Substanz, GM=graue Substanz)

Abbildung 2: Kortikal demyelinisierte MS-Läsionen

3 Ergebnisse

32

3.1.2 Keine subpiale Demyelinisierung bei ADEM und NMO

Kortikale Areale von 3 ADEM- und 6 NMO-Autopsiefällen, deren Diagnosen histologisch und

klinisch belegt waren, wurden untersucht.

Ein ADEM-Fall zeigte in beiden verfügbaren Gewebeblöcken leukokortikale Läsionen. Die

kleinen perivaskulären entzündlichen Läsionen wiesen erhaltene axonale Integrität und

fokalen Myelinverlust (Abbildung 3) auf. Makrophagen und aktivierte Mikroglia zeigten die

typische Anordnung um kleine Gefäße. Des Weiteren war im entzündlichen Infiltrat eine

geringe Anzahl an T-Zellen anzutreffen. In den oberen kortikalen Schichten fanden sich keine

auffälligen perivaskulären entzündlichen Infiltrate und keine subpiale oder intrakortikale

Demyelinisierung.

In den beiden anderen untersuchten ADEM-Fällen war keine Beeinträchtigung der kortikalen

oder leukokortikalen Bereiche erkennbar. Nur in der weißen Substanz wurden

demyelinisierte Areale beobachtet.

In den 6 NMO-Fällen mit 21 Gewebeblöcken waren neben aktiven auch chronisch

demyelinisierte Läsionen zu beobachten, die sich jedoch auf die weiße Substanz

beschränkten. Dieser Befund deckt sich mit der Literatur (Popescu et al. 2010). Die noch

vorhandenen Astrozyten zeigten einen deutlichen fokalen Aquaporin-4-Verlust. Die

umfangreiche Demyelinisierung der weißen Substanz war mit akutem axonalen Schaden

assoziiert. Daneben bestand das entzündliche Infiltrat der aktiven Läsionen aus zahlreichen

schaumzelligen Makrophagen und einzelnen perivaskulären Granulozyten. Spärlich

eingestreut zeigten sich CD3+- und CD8+-T-Zellen. Darüber hinaus war das Merkmal der

chronischen Läsionen eine extensive Gliose.

3 Ergebnisse

33

In LFB-PAS gefärbten Serienschnitten konnten kleine perivaskuläre demyelinisierte Herde an der

leukokortikalen Grenze (A) identifiziert werden. B zeigt eine typische perivaskuläre Zellinfiltration und

Demyelinisierung der weißen Substanz in der LFB-PAS-Färbung. Die MBP-IHC (C und D) zeigt leukokortikal

demyelinisierte Läsionen. Es wurde keine subpiale oder intrakortikale Demyelinisierung beobachtet. E zeigt das

erhaltene, aber aufgelockerte axonale Gerüst in der Silberimprägnierung nach Bielschowsky. In F und G

kommen schaumzelligeige Makrophagen und aktivierte Mikrogliazellen, immunhistochemisch mit dem

Antikörper-Klon-KiM1P gefärbt, zur Darstellung. Einige wenige perivaskuläre CD3+-T-Lymphozyten sind in H zu

sehen.

Abbildung 3: Leukokortikale Demyelinisierung bei der ADEM

3 Ergebnisse

34

3.1.3 PML und supiale Demyelinisierung

Alle 10 untersuchten PML-Fälle zeigten demyelinisierte Herde der weißen Substanz.

Insgesamt enthielten 32 Gewebeblöcke der unterschiedlichen Fälle entmarkte Herde in

dieser Region. Typische aktive PML-Läsionen enthielten schaumzellige Makrophagen, einige

Lymphozyten (vor allem CD8+) und Astrozyten mit bizarr geformten Zellkörpern und

Kernformen. Die Oligodendrozyten hatten teilweise milchglasartige Zellkerne und waren in

ihrer Anzahl reduziert. Mittels SV40-IHC, die einen positiven Virusnachweis im Zytoplasma

und den Zellkernen mehrerer Oligodendrozyten in den Läsionen zeigte, wurde die JC-Virus-

Infektion (Abbildung 4, D) verifiziert.

Intrakortikale demyelinisierte Läsionen mit unscharfen Grenzen traten bei 6 von 10

Autopsiefällen auf; ferner wurden in einer hinzukommenden Biopsie ebenfalls kortikale

Läsionen nachgewiesen. Leukokortikale Läsionen waren in 7 von 10 Fällen vorhanden.

Darüber hinaus zeigten zwei Autopsiefälle mit kortikaler Inflammation und hoher kortikaler

Viruslast subpiale demyelinisierte Areale. Diese Bereiche waren fokal, klein, rundlich und

unscharf begrenzt. Die betroffenen Läsionen zeichneten sich durch das komplette Fehlen

des subpialen Myelins und durch viele schaumzellige Makrophagen mit

Myelinabbauprodukten im Zytoplasma aus. Die axonalen Strukturen waren in den oberen

kortikalen Schichten erhalten, zeigten jedoch viele intraaxonale APP+-Sphäroide als Zeichen

eines akuten axonalen Schadens. Es imponierte eine außergewöhnliche Viruslast in den

oberen kortikalen Arealen, die bis in die subpialen Bereiche reichte. Interessanterweise

traten nur wenige, überwiegend perivaskulär lokalisierte T-Zellen in diesen Läsionen auf,

während zahlreiche schaumzellige Makrophagen die betroffenen subpialen und oberen

kortikalen Regionen besiedelten. Einige Astrozyten zeigten ein hohes Maß an

Kernpolymorphien. Auffallend waren bei einigen Oligodendrozyten die unregelmäßigen

Zellformen und die Dichteminderung in mehreren Arealen. Darüber hinaus fand sich auch in

der untersuchten Biopsie ein Areal mit subpialer Demyelinisierung.

3 Ergebnisse

35

3.1.4 Kortikale Entmarkung bei der extrapontinen Myelinolyse

Kortikale Demyelinisierung konnte auch bei der metabolischen Erkrankung, der

extrapontinen Myelinolyse, festgestellt werden. Bei einem der sechs Patienten mit zentraler

pontiner Myelinolyse (Tabelle 1), die sich mit typischen pontinen Läsionen dargestellte,

wurden extrapontine demyelinisierte Bereiche mit Myelinverlust und Axonerhalt beobachtet

(Abbildung 5). Diese Läsionen erstreckten sich nur in geringem Ausmaß auf die subkortikale

weiße Substanz, aber erfassten bandförmig umfangreiche tiefe kortikale Schichten. Gemäß

der Läsionstypisierung der kortikalen MS-Pathologie entsprächen diese Läsionen am ehesten

Typ-1-Läsionen. Sie enthielten zahlreiche schaumzellige Makrophagen mit einigen

hauptsächlich CD8+-T-Zellen (Abbildung 5).

Abbildung 4: Kortikale Demyelinisierung in der PML

Kleine, unregelmäßig demyelinisierte subpiale Herde können in den Serienschnitten der MBP-IHC (A)

identifiziert werden. B zeigt eine subpial demyelinisierte Läsion von A im Detail. C beinhaltet die geschädigten,

aber erhaltenen axonalen Strukturen (NF200). Die hohe Viruslast ist in D (SV40 IHC) sichtbar. Die geringe CD3+ T-

Lymphozyteninfiltration ist in E dargestellt (Pfeile zeigen T-Lymphozyten im Parenchym). Schaumzellige

Makrophagen sind in F mit der KiM1P-IHC hervorgehoben. Astrozyten mit bizarren Zellkernen (G – GFAP-IHC)

und geschwollene Oligodendrozyten mit milchglasartigen Kernen sind erkennbar (H – NogoA-IHC).

3 Ergebnisse

36

Bandförmige kortiko-subkortikale Demyelinisierung wurde in einem Fall der extrapontinen Myelinolyse

beobachtet (A: LFB-PAS; B: PLP-IHC). C zeigt Neurone im demyelinisierten Bereich in einer höheren

Vergrößerung (Pfeile), außerdem eine beträchtliche Anzahl schaumzelliger Makrophagen mit PAS+-Granula in

ihrem Zytoplasma (Pfeilspitzen - einige Beispiele) (LFB -PAS). Eine dichte Infiltration durch CD8+-T-Zellen (D)

und KiM1P+-Makrophagen bzw. aktivierte Mikroglia (E) ist in demyelinisierten Arealen zu finden. F stellt die

intensive reaktive Astrogliose dar (GFAP-IHC). Die demyelinisierten Bereiche sind reich an Nogo A+ -

Oligodendrozyten (G). H zeigt weitgehend erhalte axonale und neuronale Strukturen (NF200-IHC). Die akute

axonale Schädigung wird durch den Marker APP (I) dargestellt.

Abbildung 5: Kortiko-subkortikale Demyelinisierung in der extrapontinen Myelinolyse

3 Ergebnisse

37

3.2 Infektiöse Erkrankungen

3.2.1 Akute meningeale Entzündungen

3.2.1.1 Akute bakterielle Infektionen

Fälle mit akuter bakterieller Meningitis zeichneten sich durch eine ausgedehnte

Hirnhautinfiltration mit Granulozyten, Makrophagen und einigen Lymphozyten aus. In den

meisten Fällen (>90%) wurden auch kortikale Bereiche durch die Entzündungszellen fokal

infiltriert und etwa 50% der Fälle zeigten herdförmige kortikale Nekrosen. Bei Patienten, die

in einem späteren Krankheitsstadium starben, wurde die meningealen Infiltrate durch

Lymphozyten und Makrophagen mit wenigen Granulozyten dominiert. Eine Schädigung der

Myelinscheiden konnte unabhängig von nekrotischen Arealen nicht beobachtet werden.

(Abbildung 5 A und B).

3.2.1.2 Virale Infektionen außer PML

Charakteristisch für die akute virale Meningitis zeigten sich mononukleäre Infiltrate in den

Meningen. Neben lymphozytären Meningitiden, bei denen kein Erreger identifiziert werden

konnte, fanden sich ebenso mehrere Gewebeproben der Autopsiefälle mit HSV-

Meningoenzephalitiden (Abbildung 6 C und D). Dort wurden Nekrosen im Kortex und in der

weißen Substanz, sowie eine Infiltration durch Granulozyten beobachtet. Der HSV-Nachweis

gelang in Neuronen mittels IHC. Eine mäßige Anzahl an Lymphozyten und Makrophagen

erstreckte sich von der Pia durch den Kortex bis in die tiefe weiße Substanz. Eine kortikale

Demyelinisierung wurde dabei nicht beobachtet.

Eine weitere akute Virusinfektion, die Infektion durch Zytomegalieviren (CMV), zeigte

charakteristische Zellen mit Einschlusskörpern, Ependymitis und Gewebsnekrosen. Auch hier

konnte keine Schädigung des Myelins oder der Oligodendrozyten festgestellt werden.

Die Infektion mit HIV kann unter Umständen schon in frühen Stadien der Erkrankung zu

einer ZNS-Beteiligung führen. In den untersuchten HIV-Autopsiefällen waren weder

meningeale Zellinfiltrationen, noch demyelinisierte Areale erkennbar.

3 Ergebnisse

38

HE (A, C) und PLP-IHC (B, D) des

Kortex mit angrenzenden Hirnhaut-

infiltration zeigt intakte subpiale

Myelinscheiden bei der HSV-

Enzephalitis (A, B) und der akuten

bakterielle Meningitis (C, D). Das in

A eingefügte Bild zeigt HSV-1+-

Neurone. Chloracetatesterase posi-

tive Granulozyten werden im

eingefügten Bild in C gezeigt, Gram+

Bakterien in D.

3.2.2 Chronische Infektionen

3.2.2.1 Chronisch granulomatöse bakterielle Infektionen

Die Syphilis und die Tuberkulose sind chronische Infektionen durch Treponema pallidum und

Mycobacterium ssp., die die Phagozytose durch Makrophagen überleben und eine

chronische Gewebereaktion mit Granulombildung auslösen. Diese Granulome sind durch

Nekrosen, epitheloide Zellen, mehrkernige Riesenzellen und Lymphozyteninfiltration

charakterisiert. In einem der drei untersuchten Syphilisfälle kamen mehrere ischämische

Läsionen in der grauen und weißen Substanz zur Darstellung. Es wurden jedoch keine

demyelinisierenden Läsionen weder in der weißen noch in der grauen Substanz, beobachtet.

Übereinstimmend mit der zuvor beschriebenen ZNS-Pathologie der TBC waren Granulome

mit zentral verkäsender Nekrose auffindbar. In 10 der 13 Autopsiefälle mit Tuberkulose

wurde eine signifikante meningeale Infiltration mit Lymphozyten und Makrophagen

beobachtet. Meningeale Granulome wurden in 4 der 13 untersuchten Fälle (Abbildung 7)

Abbildung 6: Subpiale

Myelinscheiden sind bei

akuten bakteriellen und

viralen Infektionen (HSV)

erhalten

3 Ergebnisse

39

entdeckt. Das benachbarte Parenchym zeigte zahlreiche aktivierte Mikrogliazellen und

aktivierte Astrozyten. Darüber hinaus wurden zahlreiche, mit den Granulomen assoziierte

Epitheloidzellen und mehrkernige Riesenzellen beobachtet. Eine kortikale und insbesondere

eine subpiale Demyelinisierung fand sich hingegen nicht.

Meningeale Infiltration mit Lymphozyten, Epitheloid- und Riesenzellen sowie verkäsende Nekrose

charakterisiert die Tuberkulose (A, KiM1P-IHC). Mykobakterien sind durch die Ziehl-Neelsen-Färbung (kleines

Bild) visualisiert. Die PLP-IHC demonstriert das erhaltene subpiale Myelin unmittelbar neben einem

meningealen Tuberkulom (B).

3.2.2.2 Kortikale Pathologie bei chronisch viralen Infektionen

Es wurden Gewebeproben zweier Patienten untersucht, die an einer SSPE mit

nachgewiesenen Masern-Virus-Infektion (Abblildung 8) starben. Die T-Lympho-

zyteninfiltration war nur spärlich, ging jedoch mit massiver Mikrogliaaktivierung, teilweise in

Form von Mikrogliaknötchen, im gesamten Kortex und der weiße Substanz einher. Das

Masern-Virus-Antigen wurde in vielen Oligodendrozyten, in intrazytoplasmatischen oder

Abbildung 7: Intaktes subpiales Myelin bei der meningealen TBC

3 Ergebnisse

40

nukleären Einschlüssen, sowie in einigen kortikalen Neuronen nachgewiesen. Die

Myelinprotein-IHC zeigte jedoch keine Demyelinisierung im Hirnparenchym (Abbildung 8).

In A ist eine ausgeprägte Mikrogliaaktivierung in der grauen und weißen Substanz mit Mikrogliaknötchen in

einem repräsentativen Fall der Masernvirus induzierten SSPE zu sehen. Das Masern-Virus-Antigen wurde durch

die IHC in Oligodendrozyten und Neuronen (Einschub in B) nachgewiesen. Es fand sich in der IHC für MAG (B)

und PLP (C) keinen Hinweis für Demyelinisierung.

Ebenso konnte in Fällen mit unspezifischer chronischer Plasma- und B-Zell reicher

Entzündung der Meningen ohne Erregernachweis keine subpiale Demyelinisierung

nachgewiesen werden.

Abbildung 8: Kein Hinweis kortikaler Demyelinisierung in der SSPE

3 Ergebnisse

41

3.3 Neoplastische Erkrankungen der Hirnhäute

3.3.1 Lymphome und Plasmozytome

Auch bei ausgeprägter Hirnhautinfitration mit neoplastischen Plasmazellen bei

Plasmozytomen fand sich im untersuchten Kollektiv keine kortikale Demyelinisierung.

Obgleich im Rahmen des primären Non-Hodgkin-Lymphoms im ZNS Demyelinisierung

beschrieben worden ist (Alderson et al. 1996; Husseini et al. 2012; Kuhlmann et al. 2001),

war in der Studienkohorte von 18 NHL-Patienten (Tabelle 1) keine Demyelinisierung zu

detektieren, auch wenn 11 Autopsiefälle kortikale perivaskulär akzentuierte und teilweise

disseminierte oder meningeale Infiltration zeigten. Einer der 3 Patienten mit Hodgkin-

Lymphom imponierte mit einer dichten neoplastischen Infiltration (Tabelle 3). Jedoch waren

auch hier die Myelinscheiden gut erhalten (Abbildung 9 A-D).

3.3.2 Meningeosis carcinomatosa

In 11 Autosiefällen mit Meningeosis carcinomatosa infiltrierten maligne Zellen diffus oder in

drüsigen Zellverbänden den Subarachnoidalraum. Das untersuchte Autopsiekollektiv

umfasste Fälle mit Mamma-, Bronchial-, Ovarial-, und Magen-Darm-Karzinom (Tabelle 3).

Die subpialen kortikalen Schichten enthielten einige aktivierte Astrozyten, aktivierte

Mikrogliazellen und nur wenige Lymphozyten. Die subpialen Myelinschichten zeigten in

keinem der untersuchten Fälle eine Schädigung (Abbildung 9 E und F).

3 Ergebnisse

42

Abbildung 9: Erhaltene subpiale Myelinscheiden in einer Vielzahl von Erkrankungen mit

meningealer neoplastischer Zellinfiltration

HE (A, C, E) und PLP-IHC (B, D, F) des Kortex mit angrenzender Hirnhautinfiltration zeigt unbeschädigte subpiale

Myelinscheiden bei Meningeosis lymphomatosa (A, B), Plasmozytom (C, D) und Meningeosis carcinomatosa (E,

F).

4 Diskussion

43

4 Diskussion

4.1 Einleitung: Demyelinisierung als krankheitsspezifisches Phänomen

Kortikale Demyelinisierung und besonders der umfangreiche bandförmige subpiale

Myelinverlust ist ein Merkmal der MS. Bei diesem Charakteristikum bestünde die

Möglichkeit, es als spezifisches diagnostisches Merkmal dieser Erkrankung (z. B. in der

Histopathologie oder der Bildgebung) zu nutzen. Andere demyelinisierende Erkrankungen

wie die ADEM, die PML und Erkrankungen mit akuter oder chronischer, entzündlicher oder

neoplastischer kortikaler Pathologie könnten potentiell kortikale oder subpiale

Myelinveränderung aufweisen. Daher sollte anhand dieser groß angelegten Studie

verdeutlicht werden, ob die subpialen und kortikalen Läsionsformen der MS-spezifisch für

diese Erkrankung sind und ein krankheitsspezifisches Muster aufweisen. Demzufolge wurde

ein breites Erkrankungsspektrum ausgiebig untersucht, das mit einer Vielzahl an zellulären

Infiltrations- und Zytokinmustern im Kortex einhergeht. Allerdings wurde keine bandförmige

subpiale Myelinschädigung in der Autopsiekohorte, außer bei der MS, nachgewiesen. Dies

deutet darauf hin, dass krankheitsspezifische Mechanismen der Demyelinisierung bei der MS

vorherrschen.

4.2 Zytokine und Chemokine prägen ein krankheitsspezifisches Milieu

Subpiale kortikale Demyelinisierung bei der MS wurde mit lymphozytärer meningealer

Infiltration in Verbindung gebracht (Magliozzi et al. 2007; Serafini et al. 2004). Die

Hypothese, dass inflammatorische Mediatoren, die von Lymphozyten des meningealen

Kompartiments freigesetzt werden, zur Pathologie der grauen Substanz und damit zur

Zunahme klinischer Behinderung führen, wurde bereits mehrfach geäußert (Gardner et al.

2013; Magliozzi et al. 2010). Zusammen mit der Aktivierung von B- und Plasmazellen wurde

eine Hochregulation von Ig-Molekülen bei MS-Patienten im Kortex beobachtet (Torkildsen et

al. 2010). Dennoch konnte die enge örtliche Verbindung der Entzündungszellen mit

kortikaler Entmarkung nicht in allen Studien bestätigt werden (Kooi et al. 2009). Auch in

dieser Studie waren in der MS-Kohorte meningeale Infiltrate nicht konsistent mit kortikalen

Typ-III-Läsionen assoziiert. Dies weist darauf hin, dass möglicherweise eine generalisierte

Entzündungsreaktion innerhalb der Liquorräume für eine Demyelinisierung erforderlich ist

4 Diskussion

44

(Stadelmann et al. 2008). Die MS könnte als fokale Entzündung beginnen und in eine

chronifizierte diffuse Entzündungreaktion des gesamten Parenchyms münden.

Es bleibt abzuwägen, ob ein komplexes krankheitsspezifisches ZNS-Milieu demyelinisierende

Vorgänge auslösen kann. Die kortikale stereotaktische Injektion von Tumornekrosefaktor-α

(TNF-α) und Interferon-γ (IFN-γ) in MOG-immunisierten Ratten im EAE-Modell verursacht

fokale demyelinisierte Läsionen an mehreren Stellen im Kortex und verdeutlicht so die

Bedeutung der Zytokine. Bemerkenswerterweise hatten diese Läsionen histologische

Ähnlichkeiten mit kortikalen Läsionen der MS und zeigten typische Muster der

intrakortikalen und subpialen Demyelinisierung samt inflammatorischer Infiltration,

Komplementablagerungen und akuter axonaler Schädigung (Merkler et al. 2006).

MS-Läsionen beinhalten ein komplexes Zytokin-/Chemokin-Milieu. An dieser Stelle zeigt eine

aktuelle Studie die Hochregulation von inflammatorischen Genen in aktiven

demyelinisierenden MS-Läsionen des Kortex und unterstreicht damit ihre entzündliche

Komponente (Fischer et al. 2013). Dabei vermitteln immunologische Faktoren wie TNF-α,

Interleukin-1β (IL-1β) oder IFN-γ die akuten entzündlichen Prozesse der frühen MS-Läsionen

(Bitsch et al. 2000a; Argaw et al. 2006; Navikas und Link 1996). Andere Chemokine oder

Chemokinliganden wie CXCL12 (Chemokin C-X-C motif ligand), CXCL13 oder CCL19

(Chemokin C-C motif ligand) und inflammatorische Zytokine wie CXCL10, CCL2 und CCL3

begünstigen die Immunzellmigration in das erkrankte ZNS-Gewebe bei der MS (Meinl et al.

2006). Die Chemokine, die in MS-Läsionen gefunden werden konnten, sind

interessanterweise wichtige Faktoren bei der Immunzellantwort im Lymphgewebe (Drayton

et al. 2006). Darüber hinaus zeigen aktive und chronische MS-Läsionen eine erhebliche

Überexpression von TGF-β (De Groot et al. 1999).

Die Studienkohorte umfasst Patienten mit akuten sowie chronischen inflammatorischen

Krankheitsprozessen. Erstaunlicherweise weisen mehrere dieser Erkrankungen eine

Überlappung in ihrer Zytokin- und Chemokinexpression mit der MS auf. IL1-β und TNF-α sind

Zytokine, die im Liquor bei akuten entzündlichen Infektionen des ZNS mit Bakterien und

Mykobakterien (IL1-β, TNF) oder bei viralen Meningitiden/Meningoenzephalitiden (IL1-β)

hochreguliert werden (Akalin et al. 1994). TGF-β ist in reaktiven Astrozyten bei infektiösen

Geschehen wie der akuten bakteriellen Hirnhautentzündung (Ata et al. 1997), HIV-1-

Infektion oder PML (Johnson und Gold 1996) überexprimiert. Das aktuelle Konzept der

Granulom- und Riesenzellbildung favorisiert verschiedene Zytokine wie z. B. IFN-γ als

4 Diskussion

45

ursächliche Mediatoren (Sakai et al. 2012). Ebenso findet sich bei der akuten entzündlichen

Reaktion in frühen MS-Läsionen eine deutliche IFN-γ Ausschüttung.

Obwohl sich Entzündungsmediatoren, die durch verschiedene ZNS-Erkrankungen mit

kortikaler Pathologie freigesetzt werden, zumindest mit den Signalproteinen bei der MS

überschneiden, konnte in keinem der untersuchten Fälle eine kortikale Demyelinisierung

beobachtet werden. Jedes komplexe und spezifische Zytokinmilieu einer ZNS-Erkrankung ist

mit einer bestimmten glialen Genexpression verbunden (John et al. 2003), was offensichtlich

ein krankheitsspezifisches Gewebemilieu prägt.

CXCL13 in Kombination mit IL10 ist beispielsweise bei primären ZNS-Lymphomen

hochreguliert und in dieser speziellen Kombination hoch spezifisch für diese Erkrankung

(Rubenstein et al. 2013). Bei manchen ZNS-Lymphomen finden sich vor Ausbruch der

eigentlichen Erkrankung sogenannte entmarkende „Sentinel lesions“, die Ähnlichkeiten mit

der Demyelinisierung bei der MS aufzeigen (Alderson et al. 1996; Husseini et al. 2012;

Kuhlmann et al. 2001). Diese „Sentinel-lesions“ weisen ebenfalls darauf hin, dass Faktoren,

die von den Lymphomzellen abgesondert werden, zu Myelin- und Oligodendrozytenschäden

führen könnten, auch wenn kein Patient in dieser Studie eine Demyelinisierung zeigte. Einige

metastatische Hirntumoren bergen übereinstimmend mit der MS gleichermaßen eine

Hochregulation von Zytokinen wie CXCL13 (Rubenstein et al. 2013). Dennoch konnte in den

untersuchten Autopsiefällen mit metaststischem Infiltrat keine Myelinschädigung in der

Umgebung der Tumorzellen dargestellt werden.

In dieser Studie konnte dargelegt werden, dass zahlreiche chronische sowie akute

Entzündungsreaktionen und Krankheitsgeschehen per se nicht ausreichend sind, um

(kortikale) Demyelinisierung zu verursachen. Jede einzelne Erkrankung scheint typische,

krankheitsspezifische Verhältnisse zu prägen, was im Einzelfall, wie bespielsweise bei der

PML, ausreichend für Demyelinisierung ist.

4.3 Oxidativer Stress als proinflammatorischer Induktor

Bei der MS wurde die Induktion einer transkriptionsregulierten NO-Synthase (nitric oxide

synthase/iNOS) benachbart an aktive MS-Läsionen in Makrophagen bzw. Mikroglia, in

reaktiven Astrozyten (De Groot et al. 1997) und unauffälliger weißer Substanz nachgewiesen

(Liu et al. 2001; Oleszak et al. 1998). Die Expression dieses Enzyms wird durch eine

Kombination von proinflammatorischen Signalen, wie Liganden von Toll-like-Rezeptoren

4 Diskussion

46

(TLR) und Zytokinen, wie IL-1, TNF-α und IFN-γ, reguliert (Nathan und Xie 1994). Somit

setzen Makrophagen und Astrozyten Radikale frei, die möglicherweise zur Myelinschädigung

und zur Beeinträchtigung der Oligodendrozytenfunktion beitragen könnten. Bei der MS

wurde gezeigt, dass die akute Zellschädigung und der Zelltod von Oligodendrozyten mit

hochgradigem zytoplasmatischen und nukleären oxidativen Schaden verknüpft sind. Dies

untermauert die Ansicht, dass oxidativer Stress während der aktiven MS eine wichtige Rolle

bei der Destruktion des Myelins und der Oligodendrozyten spielt (Haider et al. 2011).

Oxidativer Stress mit strukturschädigenden Auswirkungen findet sich darüber hinaus auch

bei anderen Erkankungen. Beispielsweise sind reaktive Stickstoffspezies (Reactive Oxygen

Species/ROS) an pathophysiologischen Vorgängen der bakteriellen Meningitis des Menschen

beteiligt (Kastenbauer et al. 2002). Die Messung oxidierter Lipide bei einer induzierten

Meningitis im Rattenmodell durch Streptokokken der Gruppe B belegte auch dort die

Anwesenheit von ROS (Leib et al. 1996). Andere Daten zeigen, dass das Mycobacterium

tuberculosis, der Erreger der TBC, die proinflammatrorische Mikrogliareaktion durch die

NADPH (Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat)-Oxidase-abhängige Bildung von

ROS aktiv induziert (Yang et al. 2007).

Daneben führen auch virale Infektionen zu oxidativem Stress im Gewebe. Als Reaktion auf

eine HSV-Infektion wird die Entzündungsreaktion ebenso hier durch die NADPH-Oxidase-

abhängigen ROS moduliert (Hu et al. 2011) und in erster Linie oxidativer Schaden von

Neuronen induziert (Valyi-Nagy et al. 2000). Während einer HSV-1-Infektion spielen dabei

die TLR 2 der Mikrogliazellen bei der Vermittlung von oxidativem Stress,

proinflammatorischen Mediatoren und neuronaler Schädigung eine wichtige Rolle

(Schachtele et al. 2010).

Auch bei der HIV-Infektion überwiegt das Ungleichgewicht zugunsten von reaktiven

Sauerstoffspezies. Bei HIV-infizierten Patienten findet sich im Verlauf häufig eine

Neurodegeneration, die eine fortschreitende Demenz nach sich ziehen kann. Dabei scheinen

einige HIV-Proteine wie Tat (transactivator of transcription) und das HIV-1 envelope

glycoprotein (gp120) die Produktion von ROS zu stimulieren, die Bluthirnschranke zu

schädigen und auf diese Weise die Neurodegeneration zu fördern (Bagashev und Sawaya

2013; Banerjee et al. 2010). Eine weitere Studie zeigte weiterhin, dass HIV-1-Tat exponierte

Endothelzellen zu einer dosisabhängigen Erhöhung des oxidativen Stressspiegels und zu

4 Diskussion

47

einer Abnahme des intrazellulären Glutathions, eines Antioxidans, führen (Toborek et al.

2003).

In all diesen Studien wurde bei den beschriebenen Erkrankungen trotz des Einflusses von

oxidativem Stress keine Entmarkung beobachtet. Demzufolge kann oxidativer Stress unter

Umständen mit Entmarkung assoziiert sein, führt aber nicht zwangsläufig dazu. Es werden

offensichtlich krankheitsspezifische Muster von Faktoren benötigt, die die Demyelinisierung

hervorrufen können.

4.4 Genetische Grundlagen bedingen das Demyelinisierungsverhalten

Manche Individuen sind offensichtlich aufgrund genetischer Eigenschaften empfänglicher für

Demyelinisierung. Die genetischen Voraussetzungen scheinen beim Menschen das

demyelinisierende Verhalten bei Erkrankung wie der MS entscheidend zu beeinflussen.

Interessanterweise bestimmen Gene des MHC-Komplexes (Major Histocompatibility

Complex), ob ein Tierstamm bei der EAE für kortikale Demyelinisierung und pathologische

Veränderungen anfällig ist oder nicht. Die Kombination der MHC I- und II-Allele bei

unterschiedlichen Rattenstämmen beeinflusst die Häufigkeit und das Ausmaß kortikaler

Demyelinisierung (Storch et al. 2006). Es wurde des Weiteren gezeigt, dass bestimmte Gene

des MHC-Locus, die wahrscheinlich die Mikrogliareaktivität beeinflussen, bei bestimmten

Rattenstämmen prädisponierend für das Ausmaß axonalen Schadens sind. Darüber hinaus

wurde auch eine genetische Prädispositition für einen Makrophagen bzw. Mikroglia

dominierten Läsionsphänotyp entdeckt (Storch et al. 2002).

Der starke Einfluss der genetischen Grundlagen auf die Demyelinisierung ist ebenfalls in

einer experimentellen Infektion von Mäusen mit dem „Theiler's Murine Enzephalomyelitis

Virus“ (TMEV), die eine akute Polioenzephalomyelitis induziert, deutlich erkennbar. Tiere,

die sich erholen, sind häufig persistierend infiziert und entwickeln fokale

Demyelinisierungsherde im ZNS. Bemerkenswert ist, dass die TMEV-Infektion eine

Demyelinisierung nur in bestimmten Mausstämen herbeiführt (bei SJL/J-Mäusen, jedoch

nicht bei C57/Bl6-Mäusen). Daneben konnte festgestellt werden, dass auch bei Mäusen, die

gleiche klinische Auffälligkeiten zeigten, deutliche Unterschiede in der histopathologischen

Untersuchung der Läsionen zum Vorschein kamen (Dal Canto et al. 1995). Diese Ergebnisse

stützen die These, dass ein komplexes Netzwerk adaptiver und angeborener Immunität in

Abhängigkeit von entsprechenden genetischen Grundlagen eine Voraussetzung für die

4 Diskussion

48

Entstehung kortikaler demyelinisierender Läsionen ist und davon abhängig auch der Grad

der Behinderung und Regenerationsfähigkeit variiert. So zeigt sich, dass nicht allein das Level

von Zytokinen und Chemokinen eine kortikale bzw. subpiale Demyelinisierung auslösen

kann.

4.5 Erhebliche Unterschiede zwischen weißer und grauer Substanz

Die Pathologie und pathophysiologische Aktivität der Entzündung und Degeneration in

Läsionen der grauen Substanz unterscheiden sich bei der MS grundlegend von den Läsionen

der weißen Substanz. In einer Studie von Pham et al. wurden im Mausmodell der MS, der

EAE, Astrozyten der grauen und weißen Substanz verglichen und wiesen selbst zu einem sehr

frühen Zeitpunkt der Deymelinisierung ausgeprägte Unterschiede auf (Pham et al. 2009).

Im Cuprizon-Modell, einem häufig verwendeten Mausmodell der MS, wurden ebenfalls

erhebliche Unterschiede zwischen Kortex und Marklager entdeckt. Bei diesem Modell wird

Mäusen der Kupferchelator Cuprizone verabreicht, was eine ausgeprägte Demyelinisierung

des Balkens und in geringerer Ausprägung auch anderer Bereiche des ZNS nach sich zieht.

Wird die Verabreichung von Cuprizone gestoppt, folgt eine kurze, wenige Tage anhaltende,

intensive Phase der Remyelinisierung im ZNS. So können de- und remyelinisierende Prozesse

untersucht werden, wie sie in ähnlicher Form bei der MS auftreten (Hiremath et al. 1998;

Skripuletz et al. 2011). Verschiedene Wachstumsfaktoren, wie Brain-derived neurotrophic

factor (BDNF) sind im Corpus callosum während der Phase der Remyelinisierung

hochreguliert, aber vermindert in kortikalen Bereichen vorhanden, obwohl diese in dem

Modell auch von Demyelinisierung betroffen sind (Gudi et al. 2011). Infiltrierende

Immunzellen im ZNS und Neurone sind das Produkt von Wachstumsfaktoren wie BDNF.

BDNF ist in die gliale und neuronale Entwicklung und deren Überleben involviert. Zudem ist

es auch bei ZNS-Entzündungen in Läsionen anzutreffen und wirkt damit neuroprotektiv

(Kerschensteiner et al. 1999; Linker et al. 2010; Stadelmann et al. 2002). Neben BDNF gibt es

noch zahlreiche andere Faktoren, die ein unterschiedliches Milieu zwischen grauer und

weißer Substanz bewirken. Die Mikroglia- und Astrozytenaktivierung zeigen beispielsweise

auch deutliche Unterschiede in diesen zwei Kompartimenten (Gudi et al. 2009). Dies

bedeutet, dass nicht nur bei einzelnen demyelinisierenden Erkrankungen nach spezifischen

Pathomechanismen gesucht werden muss, sondern auch bei der Demyelinisierung selbst

4 Diskussion

49

regional unterschiedliche Milieufaktoren zwischen grauer und weißer Substanz

vorherrschen.

4.6 Myelinschädigung bei hypoxisch-ischämischen Geschehen

Hypoxisch-ischämische Vorgänge können histopathologisch bei unterschiedlichen

Erkankungen ein buntes Bild hervorrufen. Diffuse Bereiche des Myelinverlustes und

abgeblasste Regionen der periventrikulären weißen Substanz wurden bei der Syphilis

beschrieben. Kleine multifokale Läsionen mit Myelinverlust im Kortex wurden als

ischämische Schäden interpretiert (Miklossy 2008). Darüber hinaus konnten ADEM ähnliche

perivaskuläre Myelinschäden der weißen Substanz in einzelnen Fällen auch bei der

Neurotuberkulose dargestellt werden (Dastur et al. 1995). Mehrfach wurden vor allem bei

der Syphilis in der Bildgebung diffuse Schädigungen der weißen Substanz gesehen. In bis zu

25% der Patienten wurden zudem auch Infarkte diagnostiziert (Brightbill et al. 1995; Fadil et

al. 2006). Die Abgrenzung zu demyelinisierenden Läsionen ist jedoch radiologisch häufig als

schwierig einzuschätzen. Grundsätzlich imitiert die neurologische Manifestation der Syphilis

zahlreiche radiologische Befunde zerebraler Erkrankungen und zeigt vielfältige

Erscheinungsformen (Fadil et al. 2006). In den Untersuchungen dieser Studie fand sich

hingegen weder bei der Syphilis, noch bei der Tuberkulose eine Demyelinisierung. Die

Histopathologie zeigte lediglich ausgeprägte Nekrosen im Kortex und in der weißen Substanz

(TBC) oder ischämische Läsionen (Syphilis). Prinzipiell kann bei einer Nekrose bzw. einem

Schlaganfall das benachbarte Gehirnparenchym aufgelockert oder abgeblasst erscheinen.

Auch chronische Virusinfektionen wie bei der SSPE haben im Autopsiekollektiv dieser Studie

zu keiner Demyelinisierung in Hirnarealen, sondern allein zu Mikrogliaaktivierung und

Astrozytose geführt.

4.7 Subpiale bandförmige Läsionen sind MS-spezifisch

Über kortikale demyelinisierende Läsionen in einer Kohorte von biopsierten MS-Patienten in

frühen Stadien der Erkrankung wurde umfassend berichtet (Lucchinetti et al. 2011). Es

konnten leukokortikale (Typ-I-Läsionen der grauen Substanz), intrakortikale (Typ-II-Läsionen

der grauen Substanz) und subpiale Läsionen (Typ-III-Läsionen der grauen Substanz)

nachgewiesen werden. Damit wurde gezeigt, dass die kortikale Demyelinisierung ein

krankheitsspezifisches Frühphänomen der MS widerspiegelt.

4 Diskussion

50

In der Studienkohorte der hier durchgeführten Arbeit wurden neben Autopsien von MS-

Erkrankten, Autopsien von Patienten mit PML, ADEM, NMO und extrapontiner Myelinolyse

untersucht. Erkrankungen, bei denen die Demyelinisierung ein krankheitsspezifisches

Ereignis darstellt, welches auch in dieser Studie histopathologisch dargelegt wird. Somit

zeigten sich bei PML-Patienten intrakortikale, leukokortikale und sogar subpiale

Demyelinisierung. Subpiale Läsionen wurden trotz vieler unterschiedlicher Pathologien nur

bei der PML in zwei Autopsiefällen und einem Biopsiefall nachgewiesen. Doch diese Läsionen

hatten eine andere Morphologie als die der MS-Läsionen. Die Entmarkung zeigte sich als

ausnahmslos fokal, klein und wenig scharf abgegrenzt und war in kortikalen Bereichen, in

denen eine deutliche Viruslast herrschte, anzutreffen. Ferner wurde kortikale

Demyelinisierung in zwei weiteren Krankheitsentitäten nachgewiesen. Zwei ADEM-Patienten

der Studie zeigten leukokortikale Läsionen, jedoch keine supialen Herde. Bisher wurde

subpiale Demyelinisierung bei der ADEM in der Literatur in drei Fällen mit perivenöser

Demyelinisierung beschrieben (Young et al. 2010). Einer der untersuchten Fälle des

Studienkollektivs mit extrapontiner Myelinolyse wies ausgedehnte bandförmige

leukokortikale demyelinisierte Läsionen auf.

Alle diese demyelinisierenden Krankheiten beinhalten spezifische kortikale Umstände, die

durch das enge Zusammenspiel von meningealen Entzündungsmediatoren und

Parenchymzellen im Kortex, wie Mikroglia, Astrozyten und Oligodendrozyten, entstehen.

Daneben sind zudem vor allem bei MS-Patienten prädisponierende genetische Faktoren

beteiligt und bilden einen heterogenen Faktorenkomplex. Grundsätzlich liegt die Vermutung

nahe, dass zur Demyelinisierung bestimmte pathogenetische Faktoren notwendig sind, die

sich von Krankheitsursache zu Krankheitsursache unterscheiden. Diese Hypothese wird

dadurch untermauert, dass Demyelinisierung spezifisch für bestimmte Krankheiten ist und

bei anderen praktisch nicht beobachtet werden kann.

Die Studienergebnisse lassen darauf schließen, dass die bandförmige subpiale

Demyelinisierung ein MS-spezifisches Läsionsmuster und Demyelinisierung im Allgemeinen

eine krankheitsspezifische pathognomonische Erscheinung darstellt. Da diese

charakteristische Läsionsform der MS bereits in der frühen Phase der Erkrankung auftritt,

könnten diese Erkenntnisse zu neuen differentialdiagnostischen Überlegungen in der

Patientenversorgung führen.

4 Diskussion

51

4.8 Ausblick

Bisher ist nur wenig über die kortikale Demyelinisierung in den frühen Stadien der MS

bekannt, da u. a. mittels MRT viele subpiale und kortikale entmarkte Läsionen derzeit noch

nicht ausreichend darstellbar sind (Calabrese et al. 2013). Da die Kernspintomographie

jedoch ständiger Verbesserung unterliegt und immer vielfältigere hochauflösende

Sequenzen durchführbar sind (Tallantyre et al. 2010; Tardif et al. 2010), ist es

möglicherweise nur eine Frage der Zeit, dass kortikale Entmarkungsherde in der Bildgebung

besser detektiert werden und deren prognostische und diagnostische Relevanz so zur

Geltung kommen kann. Die fortschrittliche Bildgebung wird, vor allem im Hinblick auf die

Relevanz der bandförmigen bzw. kortikalen Demyelinisierung, die Basis für weitere klinisch

pathologische Studien bieten. Weiterhin können molekulare Untersuchungen zur

Pathogenese der kortikalen Demyelinisierung und zu Reparaturmechanismen der grauen

Substanz die heterogenen Pathomechanismen der MS-Läsionen zunehmend aufklären.

Insbesondere werden vergleichende Untersuchungen zum oxidativen Stress bei

unterschiedlichen kortikalen ZNS-Pathologien, basierend auf dieser Studie, durchgeführt

werden, um mögliche Milieuunterschiede und die spezifische Rolle dieser Mechanismen

aufzudecken. Vor allem sind Unterschiede der neurotoxischen Verhältnisse zwischen den

MS- und PML-Läsionen von großem Interesse

5 Zusammenfassung

52

5 Zusammenfassung

Kortikale demyelinisierte Läsionen sind bei Patienten mit chronischer Multipler Sklerose

(MS) häufig und weit verbreitet und könnten zur Krankheitsprogression beitragen. Es

wurden kortikale und subpiale Läsionen in frühen Stadien der MS beobachtet. Dies weist

darauf hin, dass diese Läsionen ein inhärentes und frühes Merkmal des Krankheitsprozesses

darstellen. Des Weiteren wurde die Hochregulation entzündungsassoziierter Gene in frühen

akuten Läsionen des Kortex nachgewiesen. Dennoch bleiben die genauen Mechanismen, die

zur Entstehung subpialer kortikaler Demyelinisierung beitragen, ungeklärt. Um zu prüfen, ob

kortikale und vor allem subpiale Demyelinisierung in anderen Erkrankungen als bei der MS

auftreten, untersuchten wir eine große Autopsiekohorte von Patienten mit Erkrankungen

autoimmuner, infektiöser, neoplastischer oder metabolischer Genese, die den Kortex

beeinträchtigen. Miteinbezogen wurden unter anderem Patienten mit MS, akuter

disseminierter Enzephalomyelitis (ADEM), Neuromyelitis optica (NMO), akuter und

chronischer, viraler und bakterieller Meningitis, progressiver multifokaler Leukoenzephalitis

(PML), subakuter sklerosierender Panenzephalitis (SSPE), Meningeosis lymphomatosa sowie

carcinomatosa und Stoffwechselerkrankungen wie der extrapontinen Myelinolyse, um ein

breites Erkrankungsspektrum mit einer Vielzahl an zellulären Infiltrations- und

Zytokinmustern im Kortex zu erfassen. Mittels Immunhistochemie für Myelin-basisches

Protein (MBP), Proteolipidprotein (PLP) und Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG)

fanden wir kortikale Demyelinisierung nicht nur bei der MS, sondern auch bei der ADEM, der

PML und der extrapontinen Myelinolyse. Bedeutend ist, dass jede dieser Erkrankungen ein

krankheitsspezifisches kortikales Deymelinisierungsmuster aufweist und ausgedehnte

bandförmige subpiale Demyelinisierung nur bei der MS beobachtet wurde. Subpiale

Demyelinisierung trat insbesondere bei der PML auf, war aber im Gegensatz zu MS-Läsionen

durch ihre kleine fokale Beschaffenheit charakterisiert. Die Daten dieser Studie erweitern

und bestätigen frühere Studien und legen nahe, dass extensive bandförmige subpiale

Demyelinisierung MS-spezifisch ist und dies damit ein wichtiges diagnostisches Kriterium

darstellen könnte. Offensichtlich sind krankheitsspezifische Milieus oder heterogene

Faktoren, wie bestimmte Zytokine, Chemokine und genetischen Grundlagen, notwendig, um

Demyelinisierung zu verursachen. Damit sind weitere molekulare Untersuchungen

5 Zusammenfassung

53

erforderlich, um die spezifischen Mechanismen der Demyelinisierung bei MS und anderen

demyelinisierenden Erkrankungen zu analysieren.

6 Abstract

54

6 Abstract

Cortical demyelinated lesions are frequent and widespread in chronic multiple sclerosis (MS)

patients, and may contribute to disease progression. Cortical and subpial lesions were found

in early MS stages indicating that they may be an inherent and early feature of the disease

process. Moreover, inflammation‐associated genes were shown to be upregulated in early

cortical lesions. Yet, the precise mechanisms leading to the formation of subpial cortical

demyelination remain elusive. To test whether cortical demyelination and especially subpial

demyelination occurs in diseases other than MS, we studied a large cohort of patients

pathologically diagnosed with diseases of autoimmune, infectious, neoplastic or metabolic

origin affecting the cortex. Included were, among others, patients with MS, acute

disseminated encephalomyelitis (ADEM), neuromyelitis optica (NMO), acute and chronic

viral and bacterial meningoencephalitis, progressive multifocal leukoencephathy (PML),

subacute sclerosing panencephalitis (SSPE), meningeal carcinomatosis, lymphomatous

meningitis, and metabolic disorders such as extrapontine myelinolysis, thus encompassing a

wide range of adaptive and innate cytokine signatures. Using immunohistochemistry for

myelin basic protein (MBP), proteolipid protein (PLP) and myelin oligodendrocyte

glycoprotein (MOG) we found cortical demyelination besides MS in ADEM, PML and

extrapontine myelinolysis. Importantly, each of these diseases had a disease specific cortical

demyelination pattern and bandlike extensive subpial demyelination was only found in MS.

In particular subpial demyelination occurred also in PML but in contrast to MS lesions had a

small focal character. These study data extend and confirm previous findings and suggest

that extensive bandlike subpial demyelination is specific for MS, thus providing an important

diagnostic cue. Obviously, disease‐specific milieus or heterogeneous triggers are necessary

causing demyelination such as specific cytokines, chemokines and genetic background.

Further molecular studies are required to dissect the specific mechanisms of demyelination

in MS and other demyelinating diseases.

7 Anhang

55

7 Anhang

Tabelle 3: Ausführliche Beschreibung der untersuchten Autopsiefälle

Kategorie der ZNS-Erkankungen

Subkategorie Diagnose und Begleiterkrankungen

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Alt

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Infi

ltra

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n

virale Infektionen

HIV

HIV-Infektion; Pneumonie; Kaposisarkom; Toxoplasmose

m 34 5 Jahre krankheitsabhängig 2(2) 0,0

virale Infektionen

HIV HIV-Infektion w 37 u u 2(2) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus JC-Virus-Infektion nach Nierentransplantation w 59 u krankheitsabhängig 2(2) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus PML w 78 u krankheitsabhängig 4(4) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus PML m 27 4

Wochen krankheitsabhängig 3(3) 0,3

virale Infektionen

JC-Virus PML m 45 3.5

Monate krankheitsabhängig 4(4) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus PML; HIV-Infektion

m 51 2


virale Infektionen

JC-Virus PML nach Chemotherapie; oropharyngealer Tumor

w 58 u krankheitsabhängig 4(4) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus PML; HIV-Infektion m 36 u krankheitsabhängig 6(6) 0,0

virale Infektionen

JC-Virus PML; lange Glukokortikoidbehandlung m 55 2


virale Infektionen

JC-Virus PML; chronische lymphozytäre Leukämie; Aspergillus Pneumonie

m 63 u u 3(3) 0,7

virale Infektionen

JC-Virus PML; HIV-Infektion w 40 u krankheitsabhängig 2(2) 0,0

virale Infektionen

subakut sklerosierende Panenzephalitis (SSPE) subakut sklerosierende Panenzephalitis (SSPE); Zustand nach MasernInfektion

m 10 3


virale Infektionen

subakut sklerosierende Panenzephalitis (SSPE) subakut sklerosierende Panenzephalitis (SSPE); Zustand nach MasernInfektion; Kardiale Insuffizienz

m 8 u krankheitsabhängig 5(5) 0,8

virale Infektionen

Poliomyelitis Poliomyelitis; Polioenzephalitis m 20

Monate 7 Tage krankheitsabhängig 1(1) 1,0

virale Infektionen

Poliomyelitis Poliomyelitis; Polioenzephalitis m 28


virale Infektionen

Poliomyelitis Zustand nach Poliomyelitis; Hypoglykämie

w 41 u krankheitsunabhängig 2(2) 0,0

virale Infektionen

Poliomyelitis Zustand nach Poliomyelitis; Herzinwarkt

m 61 53 Jahre krankheitsunabhängig 2(2) 0,0

virale Infektionen

Poliomyelitis Zustand nach Poliomyelitis m 66 28 Jahre u 3(3) 0,0

virale Infektionen

virale Meningitis / Meningoenzephalitis (nicht HIV, Masernvirus, Poliovirus oder JC-Virus) mit bekanntem Erreger

virale Meningitis; Immundewizienz w 5


7 Anhang

56

virale Infektionen


Herpes-simplex-Enzephalitis m 67 7 Tage krankheitsabhängig 2(2) 3,0

virale Infektionen


Herpes-simplex-Enzephalitis m 63 u krankheitsabhängig 3(3) 3,0

virale Infektionen


Herpes-simplex-Enzephalitis w 42 23 Tage krankheitsabhängig 1(1) 3,0

virale Infektionen


Herpes-simplex-Enzephalitis w 14 3


virale Infektionen


Herpes-simplex-Enzephalitis; Zustand nach Nierentransplantation


virale Infektionen


CMV- Infektion; HIV- Infektion; Pneumocystis carinii Pneumonie; Candidose

m 38 7


virale Infektionen


CMV-Infektion; HIV-Infektion; Leberversagen; akutes kardiovaskuläres Versagen

m 39 1 Jahr u 2(2) 0,5

bakterielle Infektionen

Tuberkulose Tuberkulose w 67 u krankheitsabhängig 1(1) 2,0


Tuberkulose Tuberkulose m 68 u krankheitsabhängig 1(1) 2,0


Tuberkulose Tuberkulose w 4 u krankheitsabhängig 3(2) 2,7


Tuberkulose Tuberkulose m 67 3



Tuberkulose Tuberkulose m u u u 3(3) 1,7


Tuberkulose Tuberkulose w u u krankheitsabhängig 1(1) 2,0


Tuberkulose Tuberkulose w 83 5















Tuberkulose Miliartuberkulose; HIV m 32 10



Tuberkulose Tuberkulose; tödliche Blutung eines Ulcus duodeni

m 55 2

Monate krankheitsunabhängig 1(1) 1,0


Syphilis Syphilis m u u u 5(5) 0,6


Syphilis progressive Paralyse m 60 7 Jahre krankheitsabhängig 6(6) 0,3


Syphilis Zustand nach Syphilis; akute kardiovaskuläres Versagen

m 80 u krankheitsunabhängig 5(5) 1,0


bakterielle Meningitis (ohne Tuberkulose oder Syphilis) mit bekanntem Erreger

Pneumokokken, Meningitis; Pneumonie

w 62 2 Tage krankheitsabhängig 1(1) 3,0



Staphylokokkus aureus Meningoenzephalitis; Zustand nach Glioblastomoperation

m 43 3




Staphylokokkus aureus Meningoenzephalitis m 65 7 Tage krankheitsabhängig 2(2) 1,5

7 Anhang

57



akute Haemophilus influenzae Meningitis m 2 2 Tage krankheitsabhängig 3(3) 3,0



Staphylokokkus Meningoenzephalitis w 75 8 Tage krankheitsabhängig 1(1) 1,0



Klebsiellen, Pneumonie, Meningitis m 81 u krankheitsabhängig 1(1) 2,0



Meningitis, Escherichia coli m 23 Tage u krankheitsabhängig 2(2) 3,0



Pseudomonas aeruginosa Meningoenzephalitis; Pneumonie nach Nierentransplantation




basale Meningitis nach Abszessdrainage des Gehirns m 44 6


Entzündung/ Infektion ohne bekannten Erreger

akute lymphozytäre Meningitis / Meningoenzephalitis

bakterielle Meningitis mit Beweis von Enterokokken und Klebsiellen, Pneumonie



akute lymphozytäre Meningitis /

Meningoenzephalitis Temporale Meningoenzephalitis m 25 20 Tage krankheitsabhängig 2(2) 2,0



akute virale Meningitis; HIV-Infektion; Heroinsucht

m 33 u u 1(1) 2,0



lymphozytäre Meningoenzephalitis; Strangulation




lymphozytäre Meningoenzephalitis w 20 3




lymphozytäre Meningoenzephalitis; Gastroenteritis

m 3




lymphozytäre Meningoenzephalitis; akute respiratorischese Erkrankung

m 1 Jahr u u 1(1) 2,0



virale Meningitis w 53 6 Tage krankheitsabhängig 4(4) 0,8


akute granulozytäreMeningitis / Meningoenzephalitis

Staphylokokkus epidermidis Meningoenzephalitis w 78 1

Woche krankheitsabhängig 2(2) 2,0


akute granulozytäre Meningitis / Meningoenzephalitis

Haemophilus influencae Meningoenzephalitis; Otitis media

w 2




bakterielle Meningitis; Nierenversagen; Gallenblasenkarzinom

w 69 1 Tag krankheitsabhängig 1(1) 2,0



akute bakterielle Meningitis w 20 2 Tage krankheitsabhängig 2(2) 2,0



bakterielle Meningitis; bronchial Karzinom; respiratorisches Versagen


7 Anhang

58



Streptokokken Meningoenzephalitis m 5 Tage 2 Tage krankheitsabhängig 1(1) 3,0


akute granulozytäre Meningitis / Meningoenzephalitis

bakterielle Meningitis; bakterielle Hypophysitis; rezidivierende Otitis media

w 37 u krankheitsabhängig 2(2) 0,5


Unspezifische/nicht akute Entzündung der

Meningen oder des Hirnparenchyms

chronische meningeale Infiltration concomitant to a brain abscess; renal Versagen; Pneumonie





chronische meningeale Infiltration; Nierenversagen; Pancreatitis





opportunistische Enzephalitis; abdominales Aortenaneurysma; Lungenenmbolie; akutes kardiovaskuläres Versagen

m 77 u u 4(4) 0,7




Zustand nach viraler Meningitis; Nierenversagen; Herzversagen

m 77 u u 2(2) 0,5




Hämorrhagische disseminierte chronische Meningoenzephalitis

m 47 u u 2(2) 0,0




inflammatorischer ZNS-Prozess; Herzinfarkt


neoplastisch Non-Hodgkin-Lymphom, maligne lymphoproliferative Erkankungen

Meningeosis lymphomtosa; malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom

m 67 6



EBV-assoziiertes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom w 71 u krankheitsabhängig 1(1) 0,0


Meningeosis lymphomtosa; malignes B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphom

w 26 5



malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom; akute kardiovaskuläres Versagen



malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom; Lungenödem; Nierenversagen

w 50 11



malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom w 57 u krankheitsabhängig 3(3) 0,0


malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom w 77 1 Jahre krankheitsabhängig 1(1) 1,0


malignes B-Zell Non-Hodgkin-Lymphom; Pneumonie; septischer Schock



follikuläres Lymphom; Wieber

w 57 2 Jahre krankheitsunabhängig 3(3) 0,0


T-Zell Non-Hodgkin-Lymphom; respiratorisches Versagen


neoplastisch Hodgkin-Lymphom Hodgkin-Lymphom w 18 1 Jahr krankheitsabhängig 1(1) 0,0

neoplastisch Hodgkin-Lymphom Hodgkin-Lymphom w 34 u krankheitsabhängig 1(1) 0,0

neoplastisch Hodgkin-Lymphom Hodgkin-Lymphom m 71 2


7 Anhang

59

neoplastisch Plasmozytom Plasmozytom;

Herzversagen w 66 9 Jahre krankheitsunabhängig 2(2) 2,5

neoplastisch Plasmozytom Plasmozytom; Herzversagen

w 61 6


neoplastisch Plasmozytom Plasmozytom m 42 6


neoplastisch Leukämie meningeale Infiltration einer chronischen lymphozytären Leukämie

w 66 1 Jahre krankheitsabhängig 1(1) 1,0

neoplastisch Leukämie meningeale Infiltration Infiltration einer chronischen lymphozytären Leukämie; Pneumonie

w 72 1.5

Jahre krankheitsunabhängig 1(1) 1,0

neoplastisch Leukämie akute lymphozytäre Leukämie; akutes kardiovaskuläres Versagen


neoplastisch Leukämie meningeale Infiltration bei chronischer lymphozytärer Leukämie; Pneumonie; akutes kardiovaskuläres Versagen

m 75 15


neoplastisch Leukämie akute myelotische Leukämie w 53 6


neoplastisch Leukämie akute undifferenzierte Leukämie; Meningeosis leucaemica


neoplastisch Leukämie meningeale Infiltration bei chronisch myelotischer Leukämie; Pneumonie

m 71 8


neoplastisch Leukämie akute myelotische Leukämie m 4

Monate u krankheitsabhängig 1(1) 3,0

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Nierenzellkarzinom, Ösophaguskarzinom m 63 2 Jahre krankheitsabhängig 2(2) 2,0

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Pancoasttumor m 48 8


neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Mammakarzinom w 42 u krankheitsabhängig 1(1) 1,0

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Maligner gemischter mesodermaler Tumor w 84 u krankheitsabhängig 1(1) 2,0

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Bronchialkarzinom m 43 3 Jahre krankheitsabhängig 1(1) 3,0

neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Meningeosis carcinomatosa; Mammakarzinom

w 64 6



w 34 7


neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Meningeosis carcinomatosa; esophageal cancer

m 60 18


neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Siegelringzellkarzinom w 76 1




neoplastisch Meningeosis carcinomatosa Meningeosis carcinomatosa; Ovarialkarzinom


metabolische Erkankungen

zentrale pontine Myelinolyse zentrale pontine Myelinolyse; Sepsis w 65 u krankheitsunabhängig 1(1) 0,0


zentrale pontine Myelinolyse zentrale pontine Myelinolyse; Sepsis; Multiorganversagen

m 55 u u 1(1) 0,0


zentrale pontine Myelinolyse zentrale pontine Myelinolyse; alkoholinduzierte Zirrhose

m 31 u u 3(3) 0,0

7 Anhang

60


zentrale pontine Myelinolyse zentrale pontine Myelinolyse; akutes kardiovaskuläres Versagen

m 31 u u 2(2) 0,0


zentrale pontine Myelinolyse zentrale pontine Myelinolyse; bakterielle Meningitis



zentrale pontine Myelinolyse Alkoholismus; Elektrolytinbalance m 39 1 Monat krankheitsabhängig 4(4) 0,3

1 meningeale Infiltration als Mittelwert aller untersuchten Gewebeblöcke des jeweiligen Autopsiefalls 0= keine Infiltration 1= wenig meningeale Infiltration (weniger als 50 infiltrierende Zellen pro Gesichtsfeld (HPW) = 400-wacher Vergrößerung) 2= moderate intrathekale Zellinfiltration (mehr als 50 und weniger als 200 infiltrierenden Zellen pro Gesichtsfeld)

3= dichte Infiltration (mehr als 200 infiltrierenden Zellen pro Gesichtsfeld)

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Danksagung

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Danksagung

Ich möchte mich an dieser Stelle bei vielen Personen bedanken, die mich bei dieser

Dissertationsarbeit sehr unterstützt haben.

Im Besonderen bedanke ich mich bei Herrn Prof. Dr. med. Wolfgang Brück als meinen

Doktorvater für die Möglichkeit, meine Dissertation in der Abteilung der Neuropathologie zu

verfassen und für die Begutachtung dieser Arbeit.

Mein großer Dank gilt Dr. med. Andreas Junker als Betreuer meiner Dissertation. Er hat mich

während meiner ganzen Promotionsphase begleitet, betreut und stand mir mit Rat und Tat

zur Seite. Wir haben gemeinsam viel durchgestanden.

Weiterhin bedanke ich mich bei Frau Prof. Dr. Christine Stadelmann-Nessler für die vielen

Anregungen und die konstruktive Kritik, die zum guten Gelingen dieser Arbeit entscheidend

beigetragen haben.

Der MTA Uta Scheidt danke ich unendlich für die tatkräftige Unterstützung im Labor. Ohne

sie und ihre jahrelange Erfahrung hätte ich das nie schaffen können.

Zuletzt gilt mein besonderer Dank meiner Familie und Juuso Tiihonen für die endlose

Unterstützung und Motivation in allen Lebenslagen.

Lebenslauf

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Lebenslauf

Ich, Jadwiga Wozniak, wurde am 30.12.1986 in Tarnowskie Gory (Polen) geboren und zog

1989 nach Deutschland.

Ich wuchs in Rottenburg am Neckar auf, wo ich das katholische freie Gymnasium St. Meinrad

besuchte, an dem ich im Jahr 2006 die allgemeine Hochschulreife erwarb.

Vor Beginn meines Studiums absolvierte ich ein Freiwilliges Soziales Jahr am

Universitätsklinikum Tübingen in der Kinderkardiologie und Kinderchirurgie.

Zum Sommersemester 2008 nahm ich das Studium der Humanmedizin an der Georg-August-

Universität zu Göttingen auf, welches ich im Herbst 2014 beendete.

Im Februar 2012 begann ich mit den histologischen Arbeiten zur vorliegenden

Dissertationsarbeit in der Arbeitsgruppe von Dr. Andreas Junker in der Abteilung

Neuropathologie der Medizinischen Fakultät der Universität Göttingen unter der Leitung von

Herrn Prof. Dr. med. Wolfgang Brück.

Seit April 2015 arbeite ich als Assistenzärztin in der Anästhesie und Intensivmedizin bei den

Vivantes Kliniken in Berlin.

kortikale demyelinisierung bei entzündlichen

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